本發(fā)明涉及一種微型化透鏡植入的設(shè)備和方法，具體涉及一種基于腦成像的微型化顯微鏡透鏡植入的設(shè)備和方法。目前微型化熒光顯微鏡常用grin?lens作為物鏡，有著體積小，質(zhì)量輕的優(yōu)點(diǎn)，可以在試驗(yàn)動(dòng)物能自由活動(dòng)的承受范圍內(nèi)對(duì)其腦部神經(jīng)元進(jìn)行成像。然而，如何將grin?lens精準(zhǔn)無(wú)損的植入動(dòng)物頭部，是一個(gè)需要解決的問(wèn)題。

背景技術(shù)：

1、神經(jīng)科學(xué)家通過(guò)觀察動(dòng)物行為過(guò)程中的大腦活動(dòng)，努力了解大腦中的信息處理過(guò)程。為了了解大腦，研究者不僅要求在活體狀態(tài)下對(duì)神經(jīng)元進(jìn)行高分辨率觀測(cè)，也希望對(duì)清醒和自由運(yùn)動(dòng)的動(dòng)物進(jìn)行腦功能成像，以理解行為和大腦活動(dòng)之間的關(guān)系。所以，在成像技術(shù)不斷地提高分辨率和速度等性能的同時(shí)，科學(xué)家們也在積極開(kāi)展改進(jìn)和革新這些成像技術(shù)手段，使其進(jìn)行成像時(shí)盡可能小地限制被觀測(cè)對(duì)象的行為活動(dòng)，以求獲得最接近生理狀態(tài)下的大腦活動(dòng)的信息。細(xì)胞外電生理記錄一直是這類(lèi)研究的首選技術(shù)，在過(guò)去的幾十年里產(chǎn)生了許多開(kāi)創(chuàng)性的發(fā)現(xiàn)，如位置細(xì)胞和網(wǎng)格細(xì)胞的空間表征。然而，由于電生理記錄本身技術(shù)上的局限性，許多重要的動(dòng)態(tài)情況無(wú)法通過(guò)密集記錄獲得。例如，在密集的記錄中，電極之間的間隔限制了電路中神經(jīng)元精細(xì)的空間/解剖組織的映射，以及它們與記錄的編碼動(dòng)態(tài)的關(guān)系。

2、近年來(lái)，熒光顯微鏡技術(shù)作為互補(bǔ)的神經(jīng)記錄活動(dòng)方法出現(xiàn)，促進(jìn)了對(duì)電生理學(xué)難以解決的動(dòng)態(tài)方面的研究。這些方法基于不同的熒光成像模式，即單光子或雙光子顯微鏡，實(shí)驗(yàn)通常在頭部固定的條件下進(jìn)行。然而，生物學(xué)家們認(rèn)為這種方法無(wú)法體現(xiàn)試驗(yàn)動(dòng)物在自由自主狀態(tài)下的行為活動(dòng)，頭部固定的動(dòng)物在試驗(yàn)期間一直處于情緒壓力與物理約束的前提下，得到的實(shí)驗(yàn)結(jié)果本身存在一定的誤差。

3、于是頭戴式微型化顯微成像設(shè)備漸漸走入了研究人員的視野。微型化顯微成像設(shè)備具有物鏡結(jié)構(gòu)，有穩(wěn)定的工作距離、成像深度和空間分辨率，并且因其體積小質(zhì)量輕，安裝過(guò)程中手術(shù)的創(chuàng)傷小，均在試驗(yàn)動(dòng)物所能承受的范圍之內(nèi)，保證了清醒和自由意志下的生理狀態(tài)。

4、隨著精密制造業(yè)的發(fā)展，光學(xué)元件以及微機(jī)電元件在尺寸減小的同時(shí)可以保證與常規(guī)尺寸元件的性能相當(dāng)，這就使得微型化顯微成像系統(tǒng)的效果得到了顯著的提升；物鏡作為顯微鏡中最重要的部件，直接決定了整個(gè)顯微鏡的成像效果。傳統(tǒng)透鏡表面加工所需的高精度導(dǎo)致了透鏡的微型化制造難度加劇，并增加了生產(chǎn)成本。grin?lens是一種有效的替代方案，透鏡的直徑最小可達(dá)0.2毫米。由于梯度折射率透鏡特殊的制造機(jī)理，僅通過(guò)改變鏡頭長(zhǎng)度就可以極大程度的靈活調(diào)整焦距，工作距等鏡頭參數(shù)。同時(shí)，梯度折射率透鏡通常是圓柱體或者長(zhǎng)方體，兩端為平面，使其更加適于組裝，進(jìn)一步滿足了微型化透鏡的要求，并簡(jiǎn)化了光路。

5、然而，常規(guī)的頭部植入grin?lens的方法一般是手動(dòng)夾取后放至目標(biāo)位置。然而這種方法受限于操作者的狀態(tài)，安裝效果并不穩(wěn)定，并且?jiàn)A取力道難以控制，有損壞物鏡的隱患。所以，需要設(shè)計(jì)一款可以將grin?lens精準(zhǔn)植入動(dòng)物頭部所需位置且不會(huì)破壞物鏡的設(shè)備來(lái)保證微型化顯微鏡可以實(shí)現(xiàn)基本的成像功能。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、在下文中給出了關(guān)于本發(fā)明的簡(jiǎn)要概述，以便提供關(guān)于本發(fā)明的某些方面的基本理解。應(yīng)當(dāng)理解，這個(gè)概述并不是關(guān)于本發(fā)明的窮舉性概述。它并不是意圖確定本發(fā)明的關(guān)鍵或重要部分，也不是意圖限定本發(fā)明的范圍。其目的僅僅是以簡(jiǎn)化的形式給出某些概念，以此作為稍后論述的更詳細(xì)描述的前序。

2、鑒于此，為了克服上述技術(shù)問(wèn)題，本發(fā)明提供了一種基于腦成像的微型化透鏡植入的設(shè)備和方法，實(shí)現(xiàn)了將grin?lens穩(wěn)定且無(wú)損的植入試驗(yàn)動(dòng)物頭部所需位置，保證了整個(gè)成像過(guò)程的順利進(jìn)行。

3、方案一：本發(fā)明提供了一種基于腦成像的微型化透鏡植入的設(shè)備和方法，所述基于腦成像的微型化透鏡植入的設(shè)備包括：grin?lens、金屬管1、金屬管2、注射器、真空管和抽濾泵；

4、進(jìn)一步的：所述的grin?lens是直徑為2mm的1/4節(jié)距鏡。。

5、進(jìn)一步的：所述的金屬管1的口徑略大于grin?lens的直徑，金屬管2的口徑略小于grin?lens的直徑。

6、進(jìn)一步的：所述的金屬管2要嵌套在金屬管1內(nèi)，并用膠將縫隙堵住。

7、進(jìn)一步的：所述的金屬管2和金屬管1在嵌套時(shí)要確保兩者的表面都是平的，并且有足夠的空間來(lái)放置鏡頭。

8、進(jìn)一步的：所述的注射器頭部周?chē)枰磕z水，便于和金屬管2在嵌套時(shí)穩(wěn)定粘合且隔絕空氣。

9、進(jìn)一步的：所述的真空管的長(zhǎng)度范圍為60-80cm。

10、進(jìn)一步的：整個(gè)系統(tǒng)在連接的過(guò)程中必須保持密封。

11、進(jìn)一步的：所述的基于腦成像的微型化透鏡植入的設(shè)備，使用方法如下，其特征在于：首先將grin?lens經(jīng)過(guò)金屬管1與金屬管2貼合，再打開(kāi)抽濾泵在端口實(shí)現(xiàn)負(fù)壓，用以暫時(shí)將其吸附，移動(dòng)grin?lens至合適位置后用膠水迅速將透鏡固定，關(guān)閉抽濾泵，負(fù)壓消失，grin?lens脫離設(shè)備，植入成功。

12、有益效果

13、本發(fā)明基于微型化顯微鏡在動(dòng)物頭部實(shí)驗(yàn)時(shí)的grin?lens的植入提供了解決方案。憑借將透鏡通過(guò)真空抽取產(chǎn)生負(fù)壓的方法將grin?lens吸附在設(shè)備中，同時(shí)將其移動(dòng)至動(dòng)物頭部的目標(biāo)位置，再用膠水迅速固定，關(guān)閉抽濾泵消除負(fù)壓，完成植入過(guò)程。此發(fā)明確保grin?lens穩(wěn)定且垂直的放置在最佳位置，并且消除了它的損壞風(fēng)險(xiǎn)，最大程度的優(yōu)化了成像過(guò)程。

技術(shù)特征：

1.基于腦成像的微型化透鏡植入的設(shè)備，其特征在于：所述微型化顯微鏡的腦成像固定底座包括：梯度折射率透鏡(grin?lens)(1)、金屬管1(2)、金屬管2(3)、注射器(4)、真空管(5)和抽濾泵(6)。

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于腦成像的微型化透鏡植入的設(shè)備，其特征在于：所述的grin?lens(1)是直徑為2mm的1/4節(jié)距鏡。

3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于腦成像的微型化透鏡植入的設(shè)備，其特征在于：所述的金屬管1(2)的口徑略大于grin?lens(1)的直徑，金屬管2(3)的口徑略小于grin?lens(1)的直徑。

4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于腦成像的微型化透鏡植入的設(shè)備，其特征在于：所述的金屬管2(3)要嵌套在金屬管1(2)內(nèi)，并用膠將縫隙堵住。

5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于腦成像的微型化透鏡植入的設(shè)備，其特征在于：所述的金屬管2(3)和金屬管1(2)在嵌套時(shí)要確保兩者的表面都是平的，并且有足夠的空間來(lái)放置鏡頭。

6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于腦成像的微型化透鏡植入的設(shè)備，其特征在于：所述的注射器(4)頭部周?chē)枰磕z水，便于和金屬管2(3)在嵌套時(shí)穩(wěn)定粘合且隔絕空氣。

7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于腦成像的微型化透鏡植入的設(shè)備，其特征在于：所述的真空管(5)的長(zhǎng)度范圍為60-80cm。

8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于腦成像的微型化透鏡植入的設(shè)備，其特征在于：整個(gè)系統(tǒng)在連接的過(guò)程中必須保持密封。

9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于腦成像的微型化透鏡植入的設(shè)備，使用方法如下，其特征在于：首先將grin?lens(1)經(jīng)過(guò)金屬管1(2)與金屬管2(3)貼合，再打開(kāi)抽濾泵(6)在端口實(shí)現(xiàn)負(fù)壓用以將其暫時(shí)吸附，移動(dòng)grin?lens(1)至合適位置后用膠水迅速將透鏡固定，關(guān)閉抽濾泵(6)，負(fù)壓消失，grin?lens(1)脫離設(shè)備，植入成功。

技術(shù)總結(jié)
本發(fā)明公開(kāi)了一種基于腦成像微型化透鏡植入的設(shè)備和方法，該植入設(shè)備由梯度折射率透鏡(GRIN?lens)、金屬管1、金屬管2、注射器、真空管和抽濾泵組成。金屬管1的口徑略大于GRIN?lens，金屬管2的口徑略小于GRIN?lens。將金屬管2放入金屬管1的中段并用膠水固定，再把注射器從一端插入，通過(guò)真空管聯(lián)通到抽濾泵，整個(gè)系統(tǒng)的通路內(nèi)部完全真空。將GRIN?lens放入金屬管1內(nèi)并啟動(dòng)抽濾泵，通過(guò)負(fù)壓將GRIN?lens固定在設(shè)備上，待移動(dòng)到合適的植入位置時(shí)，關(guān)閉抽濾泵，完成植入。該方案中所設(shè)計(jì)的設(shè)備實(shí)現(xiàn)了微型化顯微鏡透鏡在試驗(yàn)動(dòng)物頭部的植入。

技術(shù)研發(fā)人員：李浩宇,趙唯淞,蘇德?tīng)?丁相妍,劉文灝
受保護(hù)的技術(shù)使用者：哈爾濱工業(yè)大學(xué)
技術(shù)研發(fā)日：
技術(shù)公布日：2025/1/6