Stokes参量共焦显微术用于弱各向异性物质的成像研究

提出将基于Stokes参量的偏振共焦显微成像技术应用于弱各向异性物质的成像研究。通过将分振幅Stokes参量测量法与共焦扫描成像技术相结合的方法,得到了基于Stokes参量测量的偏振共焦显微成像系统。利用该系统对具有弱各向异性的生物组织样品进行逐点测量,通过四个通道同时测量获得全部的Stokes参量。再以计算得到的偏振参量作为成像物理量进行图像重建,获得对应Stokes参量、偏振度、相位差、方位角和椭率角的空间分布图像,从而对生物组织实现细胞水平的偏振显微成像研究。实验结果表明:基于Stokes参量的偏振共焦显微成像技术能够获得弱各向异性的生物组织样品的显微图像,并通过比较样品的Stokes参量及相关偏振参量的分布图像,提取样品全部的偏振信息,从而为生物组织的特性研究提供更丰富的信息。     

基于旋转偏振角的线偏振扫描成像方法研究

提出一种基于旋转偏振角的新的偏振光成像方法:改变入射线偏振光偏振角和检偏角,采集样品图像系列,总结出背向散射光2个正交偏振分量的光强差关于入射线偏振光偏振角和检偏角的函数关系式.通过对模拟散射介质,猪肉脂肪,猪肉骨骼肌和牛肉骨骼肌等样品进行实验,论证了偏振差函数式中各个参数与样品光学特性之间的联系,并从中提取出2个相互独立的参数,分别表征样品的纤维方向角和光学各向异性度,从而实现对样品浅表层光学特性进行定量测量.和普通光强图像相比,用这些独立的光学信息生成不同基色的图像,能更直观明了地区分组织结构差异,具有潜在的临床医学应用价值,如成为一种皮肤疾病、皮肤损伤的检测方法.     

生物组织光声粘弹显微成像

提出一种反演生物组织粘弹信息的新型无损光声粘弹显微成像方法,它是以强度调制激光作为激发源,通过检测光声（Photoacoustic,PA）信号的相位重建组织粘弹特性分布的成像方法.实验利用不同浓度的琼脂样品来验证光声粘弹显微测量中相位随浓度变化的依赖关系.利用埋有头发丝的琼脂样品来测试这种显微方法的成像分辨率.利用具有不同粘弹性的离体生物组织来验证系统的成像能力.实验结果表明,这种新方法能够高分辨率和高对比度地重建出具有不同粘弹性的生物组织的光声粘弹显微图像,有望实现组织结晶类病变水平的显微在体检测.     

位相分辨偏振灵敏光学相干层析术:组织双折射特性的成像与定量分析

我们研制了一种基于光纤的位相分辨偏振灵敏光学相干层析成像系统。该系统中的偏振状态控制设量在参考臂而非光源臂上,因而使得光抵达样品的传输效率大大提高。鉴于光源的部分偏振性,入射于样品上的光含有任意偏振状态的分量,通过对参考光偏振状态的调制,就可相干地提取对应于入射光四种正交偏振状态并经样品后向散射的光信号。基于斯托克斯矢量夹角在无损光纤系统传输的变换不变性,我们能利用测量臂中光信号的斯托克斯参数来确定双折射样品深度分辨的位相延迟信息。利用所研制的偏振灵敏光学相干层析成像系统,不仅确认了韧带和软骨的双折射性质,而且定量分析了不同条件下韧带的双折射变化．研究结果表明：韧带松弛可使其双折射特性明显减弱,而韧带经拉伸后,其双折射特性的变化却不明显。     

原子力显微术在生物研究中的应用

原子力显微术不仅能够提供样品表面纳米级别分辨率的三维图像数据,而且能够对pN级微小力进行测量,同时将两者结合发展出的TREC（topography and recognition）显微术还能够在进行高分辨成像的同时实现对特定分子的定位。原子力显微术的这些特点使之成为生物化学、细胞生物学等生物研究的有利工具。本文主要介绍了原子力显微镜高分辨成像和检测生物分子识别的原理,以及TREC显微术在生物学上的应用。     

Mueller矩阵在生物医学检测方面应用的实验研究

Mueller矩阵是公认的能很好地表述介质偏振特性的一种方法,由于散射光偏振在生物组织无创伤诊断技术等诸多领域中的重要应用价值,对组织散射特性的Mueller矩阵的研究成为国际上组织光学的热点之一。研究设计了一种新的测量Mueller矩阵的实验装置:斜入射正接收装置,并推导出一组后续数据处理的算法。由此所获得的Mueller矩阵空间分布图的清晰度不亚于其它所报道的,并且测量方法具有结构简单、方便、准确等优点。实验结果表明:入射角影响Mueller矩阵空间分布图;随着介质浓度的增大,随机介质后向散射Mueller矩阵各元素的空间分布图样减小;同时列举了真实生物组织样品(肌肉组织)的后向散射Mueller矩阵的实测结果,由此证明各向异性生物组织的后向散射Mueller矩阵各元素的空间分布图样与纤维的走向有关。     

利用散射光声微分成像技术实现弱吸收物质显微成像

光声显微成像技术依赖于样品的内源性光吸收,对强散射弱吸收样品成像效果差,甚至无法进行成像。为了实现强散射弱吸收高透明生物样品的光声显微成像,以及获得图像的边缘增强效果,使光声显微成像技术在实际的生物医学研究中更有应用价值,本文首次将散射光声技术引入到光声微分显微技术中,研制了新型的散射光声微分成像技术。该技术不仅可以获得强散射弱吸收高透明生物样品的散射光声显微图像,还可以获得对应的边缘清晰的散射光声微分图像,对在生物医学研究领域有重要的应用意义。     

上转换发光成像技术与靶向成像应用

上转换发光是指稀土离子吸收两个或两个以上低能光子(近红外光)而辐射一个高能光子(可见光)的发光现象。与传统紫外激发相比,上转换发光由于采用近红外光激发而具有高的组织穿透深度、弱的生物样品损伤且无生物样品自发荧光,这些优点表明上转换发光在生物成像方面具有广阔的应用前景。文章介绍了基于稀土上转换发光过程的显微成像技术和活体成像技术,及其在肿瘤靶向成像领域的应用。     

偏振光成像技术用于肿瘤病变检测的研究进展

偏振光成像是一种非标记、无损伤检测技术,它与现有非偏振光学方法硬件兼容,但能提供更丰富的样品结构和光学信息,并且对亚波长微观结构变化十分敏感.最近,偏振光成像方法在生物医学,特别是肿瘤癌症检测领域显示出很好的应用前景.本文介绍了常用的偏振光散射成像方法,包括偏振差、偏振度、旋转线偏振成像、偏振显微、穆勒矩阵成像等,并展示这些偏振方法在生物医学领域,特别是癌症检测方面的最新研究进展.目前偏振差、偏振度等成像方法已被初步用于皮肤癌的诊断,而穆勒矩阵包含更为丰富的组织微观结构信息,因而具有更好的诊断应用前景.通过对穆勒矩阵进行分解、变换等处理,可获得具有明确物理意义的成像参数,并发展为针对不同应用的特异性方法.目前,随着新型光源、偏振器件和探测器的出现,特别是数据计算处理能力的急剧提升,偏振成像在数据解释和测量方法方面的研究快速发展,已经在生物医学领域显示出很好的应用前景.     

利用偏振光散射方法检测癌细胞

血液中病变细胞的检测是疾病诊断的重要依据.在癌症的诊断过程中,血液中存在癌变细胞说明身体已经有癌变组织.因此,识别和检测这些细胞在医学上具有重要的意义.偏振是光的固有属性,可以通过检测光与物质相互作用后的偏振变化来检测物质的性质.本文首次利用偏振光散射方法对悬浮在磷酸缓冲液中的癌细胞进行研究,利用红细胞和癌细胞以及活着的癌细胞和死亡的癌细胞在偏振特征上的不同,对其进行了成功的分辨.该方法具有非侵入、无损伤、高灵敏、高分辨的特点.为癌症诊断和治疗效果评估提供新思路.     

多模态分子影像对肝癌进展和血管生成的研究

通过对HCCLM3-fLuc-GFP肝癌的进展和血管生成的多模态成像分析,对肝癌细胞在体内生长的适应过程和级数生长特性,分别进行了生物自发荧光成像(bioluminescent imaging,BLI)研究、激发荧光成像(fluorescent imaging,FMI)研究和小动物计算机断层成像(micro-compu...     

用荧光偏振法研究人胚肺二倍体成纤维细胞膜脂流动性

细胞膜的正常功能有赖于膜结构的完整和膜脂的恒定流动,细胞膜脂流动性是细胞膜的主要动力学特性。许多资料说明,膜的这种特性与细胞发育、分化增殖、免疫反应和信息传递等生物学基本功能密切相关。可以用差示扫描量热法(DSC)、X射线衍射、电子自旋共振(ESR)、核磁共振(NMR)及荧光偏振法等从不同角度对膜流动性进行研究。其中荧光偏振法比较简便,理论解释比较容易,荧光偏振度参数     

小角X射线散射实验中蛋白质溶液的辐照损伤及防护方法

随着同步辐射光源（尤其是目前快速发展的第四代同步辐射光源）技术的进步,可用于实验的辐射通量越来越高,实验样品（特别是蛋白质等生物大分子样品）受到的辐照损伤也越来越严重。在全球现有的同步辐射装置上,蛋白质等生物大分子溶液专用小角X射线散射（SAXS）实验站的光子通量基本上都在10¹³ cps量级。在如此高的通量下,蛋白质等生物大分子溶液样品在实验测量中受到的辐照损伤极其严重。如果没有有效的辐照防护措施,蛋白质溶液样品在毫秒级辐照时间内便会辐照损伤,导致不能获取有效的实验数据。辐照损伤严重制约了SAXS实验技术在蛋白质溶液样品方面的应用。因而,认识蛋白质溶液样品辐照损伤的产生机理、影响因素、判断标准,以及有效降低辐照损伤程度、延缓辐照损伤产生时间的方法,对于蛋白质等生物大分子溶液的散射实验具有重要的指导意义。本文在简要概述生物大分子溶液样品辐照损伤产生机理、影响因素、辐照剂量等基本概念的基础上,重点综述了同步辐射SAXS实验中辐照损伤的判断标准和防护措施。此外,本文还对比了各种防护措施的优缺点,讨论了在建HEPS新光源中SAXS束线可用的散射数据采集时间,指出辐照损伤防护剂是有价值的研究方向。     

一体化的光声-荧光显微镜用于活体肿瘤成像

报道了一种利用单一波长激发的同时产生光声和荧光信号的显微成像系统,本成像系统具有超高的成像分辨率(<6μm)。借助外源的造影剂在近红外的吸收特性,利用光声-荧光显微成像系统对活体肿瘤进行光声/荧光成像。实验结果表明,光声-荧光显微镜在早期肿瘤的成像和检测等方面具有潜在的应用价值。因此,通过研究和选择适当的双模态造影剂,该系统在不同病理模型中可以提供更准确的组织信息及生理参数。     

液晶空间光调制器在生物光学显微中的应用

利用液晶空间光调制器(LCSLM)对光学显微中的成像光进行实时的相位/振幅调制,不仅可以实现各种传统的生物样品相位显微,而且能够以更复杂的相位调制方式,如螺旋相位滤波,得到新的显微图像。该方式已经和荧光显微、光镊技术结合,丰富了生物显微技术。     

全光学光声/OCT双模态成像系统及其应用

本文提出了一种新型的全光学光声/OCT双模态成像系统。该系统利用同一个低相干迈克尔逊干涉仪即可实现非接触式光声成像和OCT于一体,系统装置结构简单,可同时获取生物组织的吸收与散射结构信息。通过模拟实验证明了该双模态成像系统的可行性及成像能力,并对活体小鼠耳朵同时进行光声/OCT成像测试,实验结果表明非接触式光声/OCT双模态成像系统可以实现生物组织内的微血管及散射结构的高分辨率成像。进一步地,我们将光声/OCT双模态成像系统应用于基底细胞癌的检测中,获得了初步的研究结果,表明了该系统在皮肤肿瘤诊断中的具有潜在的应用价值。     

原子力显微技术成像在生物医学中的应用

原子力显微技术利用探针尖端与标本之间相互作用的力场对标本进行三维成像。这种成像可在生理条件下进行 ,可进行动态观察和标本容易制备是有别于其它成像技术如电子显微镜成像等的特点。对于细胞和生物大分子 ,能够在生理条件下成像具有重要意义。它意味着人们在认识生命本质的方法学方面 ,又向前迈出了新的一步。本文简要综述对细胞和生物大分子的成像在生物医学方面的应用。     

基于非线性热扩散效应的亚衍射极限光声二次谐波显微成像技术

本文提出了一种基于非线性热扩散效应的光声二次谐波显微SH-PAM成像技术,用于实现亚衍射极限光声成像。生物组织受到强度调制的高斯激光束辐射时,组织吸收光子形成高斯分布的温度场,由于热扩散系数非线性热效应引起的非线性光声PA效应,从而产生光声二次谐波信号。模拟和试验结果均表明,重建后的光声二次谐波成像的横向分辨率超过了传统光学成像分辨率。本文通过仿体样品验证了该方法的可行性,并且对人表层皮肤细胞进行了成像,以证明其对生物样品的成像能力。该方法扩展了传统光声成像的范围,为超分辨成像开辟了新的可能性,为生物医学成像和材料检测提供了新的方法。     

实验教学中的两点做法

1.一种实验材料做4个实验——巧用洋葱在实验教学中,我们用洋葱连续完成高中《生物》的4个必做实验,效果较好。具体做法如下:买回的洋葱鳞茎埋在水槽的砂里进行“栽培”,注意经常浇水和晒太阳。首先,当洋葱根长到1～2cm时,切取根尖做实验一——观察植物细胞的有丝分裂。其次,当学完“水分代谢”后,取洋葱鳞茎的表皮做实验二——观察植物细胞的质壁分离和复原。第三,当洋葱的根长到5cm左右时,切取根做实验三——观察根对矿     

有机荧光团及荧光标记细胞的阴极荧光成像研究

目的 阴极荧光（CL）成像是一种以电子束为激发源的高分辨荧光成像技术,但生物材料对电子束的敏感性限制了CL技术在生命科学中的广泛应用。为了研究和发展CL技术在生物样品中的应用,本文旨在通过探究电子辐照引起碳基材料的结构损伤、有机基团的降解及荧光猝灭等问题,深入理解电子源对有机荧光团的激发特性。方法 本研究应用扫描电镜（SEM）和阴极荧光谱仪系统（SEM-CL）,研究电子源对有机荧光团及荧光探针标记细胞的激发特性,观测了有机物的CL信号的发射特性、强度衰减、成像方式及特点。结果 实验结果显示,在低能量（2.5～5 keV）和低束流（～10 pA）电子辐照下,有机荧光微珠发射出较强的荧光,CL像分辨率达到～30 nm。荧光微珠经过12 min辐照,信号强度衰减了25%,CL像仍保持了可接受的发光强度和足够的信噪比。此外,还获得了从细胞表面到内部一定深度内,荧光标记的亚细胞结构信息。结论 在SEM-CL系统中,可以同时获得由电子束激发产生的电子像和CL像,实现阴极荧光与电子显微镜关联（CCLEM）成像。本实验的研究结果为CCLEM技术应用于生物结构研究提供了数据及技术支持。