单像素荧光检测仪

（一）项目背景

荧光分子成像技术可为癌症病变分子成分改变的在体可视化提供跨尺度的检测手段。现有的荧光分子成像技术多采用科研级深度制冷CCD作为传感器进行图像采集，面临弱光探测能力不够和半导体元器件“卡脖子”两大问题。一方面，CCD图像传感器需要将半导体器件划分成高密度像素才能进行高分辨率图像采集，造成单个像素通光量不足，严重影响弱光成像能力。另一方面，CCD技术专利和市场多被欧美和日韩企业垄断，价格昂贵，生产周期长且不可控，是一个“卡脖子”问题。

（二）项目简介

针对上述问题，本项目独辟蹊径的研发了基于单像素成像技术路线的单像素荧光检测仪。首先研发了具有高探测效率和较快响应速度的基于钙钛矿先进光电材料的单点探测器；结合先进单像素成像算法，研制基于单点探测器和稀疏编解码的高灵敏度荧光信号探测模块，利用较少的采样来重建高质量、抗噪性强的图像，替代昂贵CCD成像方案，绕开CCD“卡脖子”问题；以此研发单像素荧光探测仪，单点探测器仅需负责信号采集，不需划分成高密度像素，因此感光面积不受限制，极大的提高通光量和弱光成像能力；采用人工智能算法对数据进行增强与分析，根据具体的应用需求选择合适的算法，提高图像清晰度，增强图像细节，降低噪声。因此，本项目在全链条（基础探测器件-探测模块-成像系统-图像处理）上实现了完全国产并且自主可控，符合服务国家科学仪器设备国产化的战略，有望解决现有技术的两大问题，对于填补国内空白具有重大意义。基于上述原理，本项目开发了原理样机，其各项指标达到了国际、国内先进水平。得益于钙钛矿单点探测器的高灵敏度，该样机在弱光成像上具有极大的优势，可以实现nW/cm2级别下的清晰成像，保证了低浓度成像靶标的微弱光成像需求。综上所述，本项目开发了一款具有自主知识产权的、国产化程度高的荧光成像仪器，为微弱癌症病变分子成分改变的在体可视化提供跨尺度的检测手段，在医疗、科研等领域有着广阔的应用前景。

（三）关键技术

因此，本项目的关键技术在于：

1.高灵敏度高响应速度钙钛矿光电探测器件

2.单像素式荧光成像技术

3.人工智能数据增强与分析技术