FORTEC显微高光谱成像系统

Category: 集成式光学系统

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FORTEC 公司联合北京理工大学研制

一高光谱成像（Hyperspectral Imaging）与传统光谱仪的区别

传统光谱仪存在的问题：

像差太大（典型样品：反应杯中的液体、毛细管或高聚焦点照明，如激光）。
一次只能显示一个光谱，通常使用PMT作为探测器。

显微高光谱：

同时测量多达240个空间分辨光谱。
每个光谱都与视野中的特定点相关联。
每个光谱可显示多达640个波长数据点（WDP）。
波长检测器通常是一个科研级CCD。
CCD芯片上的每一行像素都包含一个光谱。

显微暗场/荧光高光谱

二应用领域概览

材料科学、医疗、生物、化学…

材料科学

①量子点纳米检测

在暗场环境下，可对不同成分和直径的等离子体金银纳米粒子进行高光谱成像。右图为显微成像光谱仪拍摄到金、银等量子点的暗场高光谱图像。

②相机芯片缺陷检测

当器件（芯片、微发光器件）表面出现瑕疵时，其发光特性，对光的吸收、反射光谱特性也将出现差异。对相机的芯片表面行高光谱成像，对其表面镀膜、芯片缺陷进行评估。

医疗领域

①白蛋白耦联金纳米粒在肿瘤治疗中的作用

利用结合在金纳米粒(GNPs)上的白蛋白(BSA)作为靶向肝细胞的活性载体。将GNPs结合的白蛋白在动脉内接种到预先准备好的标本上。采用显微成像光谱仪，通过与暗视野显微镜连接的摄像机，对BSA-GNPs（白蛋白耦联金纳米粒）肝内肿瘤进行了检测。我们就能够检测到溶酶体和GNPs在恶性细胞中的定位。然后进行选择性光热消融肝脏恶性组织。

肝癌纳米PT消融体外实验系统示意图

A.肿瘤周围肝脏健康组织

B.肿瘤组织周围区

C.肿瘤组织中心区

D.恶性肿瘤内点状结构高光谱分析

证实为金纳米粒

②活体高光谱辐射成像鉴别血管性和非血管性皮肤光谱特征

对血管场和非血管场的光谱差异进行表征，以确定它们在监测血管生成方面的潜在用途。在450-920nm波长范围内，对光谱进行分类。分类光谱被集成到光谱库中，随后的采集与库集相关，最小相关系数（MCC）为99%。结果表明，浅色倾向于视野内没有血管系统的区域，而那些颜色较红的区域则表示血管的存在。这项工作对监测各种生理或病理过程，包括肿瘤血管生成和抗血管药物的治疗效果具有指导意义。

生物领域

①海洋蠕虫毛翅目分泌发光粘液的化学分析

在暗室中，通过重复添加化学试剂刺激蠕虫生物发光，直到适应黑暗的眼睛不再能看到生物发光为止。然后对样品进行生物发光和荧光测量，分析蠕虫的主体部分的荧光光谱分布。使用显微高光谱成像系统进行高光谱分析。通过光谱峰值可以得出海洋蠕虫的生物发光可能是由光蛋白产生的。

②多重金纳米棒探针鉴定细胞表面标记

设计并制备了金纳米棒分子探针（GNrMPs），用于HBEC细胞表面标志物的多重鉴定。使用暗场显微镜结合光谱成像仪直接探测细胞，同时检测多达三个表面标记。这些细胞系的免疫表型组成显示了它们的转移潜能，用GNrMPs进行评估。这项技术有可能成为乳腺癌和其他癌症诊断的重要工具。使用显微镜，对细胞进行暗场成像，散射的GNrMPs在暗背景下显示为亮粒子，右图为不同长宽比的GNrMP描绘的具有不同免疫表型的细胞的暗场图像和等离子光谱

化学领域

①银离子载体金纳米颗粒偶联物的研究

为了确定IP-AuNP在离子选择性膜相中的扩散特性，将载有离子载体和无离子载体（空白）膜段合并在一个玻璃容器中。合并两个膜可诱导IP-AuNP从负载离子载体的膜（供体）扩散到空白膜（受体）中。然后将融合的膜立即置于配备有显微高光谱成像系统的视场中。高光谱成像系统具有沿与光谱仪入口狭缝相对应的选定观察线在可见范围内收集上百个全光谱的能力，如图。结果表明负载膜与空白膜的谱线有显著不同，利用显微高光谱系统的高空间分辨率特点可以灵敏地监测样品的实时状态。

②中性载体阳离子选择膜离子输运的多光谱成像

在实时电化学测量过程中，对离子选择性膜的横截面进行高分辨率光谱成像。可以优化传质控制离子选择电极（ISE）膜的实验条件，以提高检测限度，如图： A：在535和660 nm处记录不同时间点的吸光度曲线，分别为未质子化和质子化发色载体ETH 5294的吸光度最大值。 B：薄膜横截面的三维全谱表示。 C：薄膜横截面的假彩色编码三维表示。左列：偏振前记录的图像。右栏：4500s偏振后记录的图像。