新型数字化高灵敏度荧光显微镜及其在生物学中的应用

尽管普通荧光显微镜已广泛应用于生物医学领域,其性能上还存在一些不足,为了克服它的弱点,借助于像增强器和ＣＣＤ,将倒置生物显微镜改造为数字化高灵敏度荧光显微镜,并增加动态图像获取功能。改进后的荧光显微镜具有以下优点：（１）灵敏度极高,可探测微弱的荧光图像;（２）运用图像融合技术,实现荧光准确定位;（３）适合于观察切片和活细胞;（４）可研究细胞荧光图像的动力学特征;（５）能够给出图像上各点的坐标和对应的发光强度,具有定量显示特点;（６）图像处理软件功能完善,操作方便。利用该荧光显微镜,以吖啶橙为荧光标记物观察正常细胞和凋亡细胞的不同状态,获得良好的实验效果。     

荧光成像技术及其在生命科学中的应用

近年来,荧光成像技术发展迅速,其成像系统通常为目前最先进的分析检测仪器之一的激光共聚焦显微镜,荧光探针是荧光成像技术的核心之一。作为新兴光学成像技术,荧光成像技术在生命科学领域中应用广泛,可用于蛋白质及金属离子检测,肿瘤疾病的诊断,并为药物新剂型的研究提供了新思路。     

双光子显微镜在生物医学中的应用及其进展

光学显微镜的发展历史是一段不断提高显微镜的分辨率和对比度的历史。双光子显微镜是近30年来非线性显微镜的研究发展的代表。它在分辨率上与共聚焦显微镜相当,但在成像的层析穿透深度上有显著提高,并且大大减少了光毒性与光漂白。由于生物细胞组织中富有各种自家荧光源,因此双光子显微镜被广泛应用于皮肤组织甚至癌组织以及细胞的成像。基于共聚焦扫描显微镜的双光子显微镜可以很容易的与二次谐波显微镜组合,对皮肤组织中的重要成分胶原纤维进行成像。双光子显微镜还可以结合其他非线性光学现象对组织以及细胞进行成像,显示其强大的生命力。将来随着携带方便且廉价的双光子显微镜的出现,双光子显微镜有望在临床医学上发挥其有效的作用。     

深度学习在荧光显微镜图像增强中的应用

传统荧光显微镜在分辨亚细胞结构方面面临衍射极限的挑战,难以有效分辨小于200纳米的结构,同时图像信噪比也有限。近年来,深度学习技术在显微镜图像处理领域展现出巨大的潜力,通过自动特征提取,不仅可以提高图像分辨率,还能显著改善图像质量。本文系统综述了深度学习技术在荧光显微镜图像分析中的应用,尤其是在图像增强与超分辨率重建方面的最新进展。以卷积神经网络（CNN）、生成对抗网络（GAN）和U-Net等为代表的深度学习模型,已广泛用于分类、分割、目标跟踪及成像系统增强等多个领域。这些技术为低分辨率和低信噪比图像提供了高效的解决方案,使得活细胞和纳米尺度生物过程的动态观测成为可能。未来,深度学习技术有望进一步推动显微镜图像智能化处理,为生物医学研究提供更高效的工具和支持。     

荧光显微镜摄影技术中两种特殊技巧介绍

免疫荧光标记法敏感性高,对于含量极微的抗原、普通酶法不容易显示的标本尤为实用,染色技术成熟、简单易行,现已经广泛用于细胞学、分子生物学研究、临床疾病的诊断等工作中,已经成为诸多研究惯常选用的经典方法。另外绿色荧光蛋白作为一个优秀的蛋白合成示踪剂,对于它的观察也需要荧光技术。但是荧光衰竭快,染色标本保存时间很短,重复观察以及显微照相技术难度较大。因此荧光显微照相技术的好坏直接关系到实验成败。     

荧光标记技术在肿瘤模型研究中的应用

目的利用绿色荧光小鼠和红色荧光蛋白标记肿瘤细胞,建立荧光标记的小鼠肿瘤模型,并建立活体荧光成像和荧光显微镜成像在整体和细胞水平直接观察肿瘤的技术。方法将小鼠B16黑色素瘤细胞接种到绿色荧光蛋白转基因小鼠皮下,建立GFP小鼠肿瘤模型。以红色荧光蛋白作为标记基因导入小鼠黑色素瘤细胞B16细胞,建立稳定表达红色荧光蛋白的细胞株。将表达红色荧光蛋白B16细胞接种到绿色荧光转基因小鼠皮下,建立双荧光小鼠肿瘤模型。用荧光显微镜和活体荧光成像系统检测小鼠肿瘤的发生发展。结果分别建立了GFP小鼠肿瘤模型和双色荧光小鼠肿瘤模型。利用活体荧光影像仪可以观察双色荧光小鼠模型中受体绿色荧光组织和红色荧光移植肿瘤相互融合。利用荧光显微镜,可以观察到肿瘤内绿色荧光标记的来源于受体小鼠的血管和免疫细胞。经香菇多糖刺激的GFP小鼠肿瘤模型的移植瘤组织中,来源于受体小鼠绿色荧光标记的免疫细胞明显多于经生理盐水刺激的对照小鼠。结论利用绿色荧光小鼠和红色荧光RFP标记肿瘤细胞建立荧光标记的小鼠肿瘤模型,采用活体荧光成像仪和荧光显微镜可在整体和细胞水平直接观察肿瘤的生长以及肿瘤与宿主的相互作用。     

激光扫描共聚焦显微镜荧光探针的选择和应用

激光扫描共聚焦显微镜是检测生物荧光信号的最新技术手段。不仅广泛用于荧光定性、定量测量,还可用于活细胞动态荧光监测、组织细胞断层扫描、三维图象重建、共聚焦图象分析、荧光光漂白恢复、激光显微切割手术等。本文拟就激光扫描共聚焦显微镜常用的检测内容及其相关荧光探针的选择和应用做一简单的介绍。     

跳跃探针式离子电导显微镜技术及其在生物学研究中的应用

跳跃探针式离子电导显微镜(hopping probe ion conductance microscopy,HPICM)技术是一种新型的扫描探针显微镜(scanning probe microscopy,SPM)技术,其能够在生理条件对形态复杂的活体生物样品进行非接触式的纳米尺寸成像。这项新技术克服了传统扫描离子电导显微镜(scanning ion conductance microscopy,SICM)连续负反馈控制会造成样品和探针损坏的缺点,扩大了SICM在生物学研究中的应用范围。本文综述了HPICM技术的基本原理,结合国内外研究现状介绍了HPICM在生物学领域的应用,并对其发展趋势进行了展望。     

HeLa细胞对竹红菌甲素摄取的直接观察与动态过程分析

利用荧光光谱测定方法和高灵敏度荧光显微镜成像技术研究了竹红菌甲素（ＨＡ）在Ｈｅｌａ细胞中的分布,动态过程及其影响因素和光敏损伤效应。结果显示：ＨＡ主要分布于细胞膜及胞浆中,只有很少量的ＨＡ进入细胞核中,细胞对ＨＡ的吸收,随着培养液中ＨＡ浓度的增大和保温时间的延长而增加,当保温时间超过１６小时,或当ＨＡ浓度达８７μｇ／ｍｌ以上时,细胞对ＨＡ的吸收呈现饱和趋势。保温时间在２４小时以内,对ＨＡ排出较快,     

生物超微弱发光的两维探测

本文介绍了自行研制的二套系统及其应用。1．高灵敏荧光显微镜系统,该系统探测灵敏度达到10－6lx量级,比普通CCD系统提高了104倍,系统用宽量程照度计对微弱光成象性能进行了标定,在给出细胞荧光图象的同时,可以给出每一象元的发光强度,并可给出视觉更易分辨的光强的三维显示和伪彩色图象。在该系统上得到了分红菌甲素在Hela细胞中的分布图象,Hela细胞加入竹红菌甲素后的光照损伤及抗氧化剂维生素E等对细胞的保护图象。2．光子计数成象系统,该系统灵敏度达10-8lx量级,可探测到单个光子及其分布,在其上得到了绿豆芽,树叶,昆明鼠,人手及手指的超微弱发光的光子图象,并用统计理论进行了信号检验。     

赤霉素及竹红菌甲素荧光量子产率的常量化区域

通过对赤毒素、竹红菌甲素及苯酚量子产率的测定与比较发现,这三种荧光化合物都具有一个相对于激发波长的量子产率的稳定区域。尽管它们具有多个激发峰,但不同激发峰所激发的荧光量子产率差别较小。竹红菌甲素在室温放置一个月,690nm荧光光谱有明显的改变。以上结果提示在测定未知荧光化合物的量子产率时,被测溶液的散射较强,同时荧光物的激发与发射波长彼此相接近。量子产率较弱时,可以在最大激发峰的蓝移方向上选择激发波长来避免散射光的干扰,提高量子产率测定的准确度。竹红菌甲素在690nm的荧光肩峰,可能是分子空间结构上容易发     

用荧光漂白恢复技术研究竹红菌乙素在小鼠肝癌细胞内的扩散过程

利用竹红菌乙素自身的荧光特征,在ＦＰＲ装置上直接测定了乙素在ＡＨ细胞内的侧向扩散系数和荧光漂白的恢复率。实验结果表明乙素在ＡＨ细胞内的扩散系数Ｄ＝３．２×１０＾－９ｃｍ＾２／ｓ＾－１荧光漂白恢复比率Ｒ＝９７．８％,上述实验说明乙素在细胞膜内与生物大分子之间没有形成共价键形式的结合状态。     

Bei醌化合物生物合成研究进展

综述了有关天然Bei醌化合物产生菌的化学成分分析,Bei醌化合物的生物合成,菌寄生菌的生物合成,菌寄生菌化学成分的结构鉴定,Bei醌化合物光敏作用的量子化学计算的研究进展。     

竹红菌乙素对菌紫质荧光的影响

用荧光光谱方法研究了竹红菌乙素与菌紫质的相互作用。通过竹红菌乙素对菌紫质吸收光谱,对菌紫质荧光猝死的浓度和温度的依赖性以及竹红菌乙素对明暗适应菌紫质的荧光猝灭等研究表明,竹红菌乙素是一种新型的荧光猝灭剂,它对菌紫质的荧光猝灭属于动态猝死过程。竹红菌乙素对明暗适应菌紫质荧光猝灭的差别,说明这种猝灭剂可用于生物膜体系的蛋白质构象变化的研究。     

竹红菌乙素光敏作用对于小鼠肝癌细胞内游离钙浓度的影响

本文用Quin 2/AM荧光探针作为细胞内部钙离子指示剂,研究了竹红菌乙素光敏损伤后引起小鼠腹水肝癌细胞的钙离子浓度变化。实验结果表明,细胞内的钙离子浓度随着乙素光敏作用增强而上升。并且钙离子浓度的升高与细胞的存活率下降呈正比关系;用数种单线态氧淬灭剂(L-His,NaN_3);羟自由基清除剂(PABGA)观察了乙素光敏过程中产生的活性氧与细胞内的钙离子浓度增加相关。用膜去极化方法研究了细胞在光敏损伤过程中钙离子浓度变化与去极化的关系。     

竹红菌甲素引起红细胞膜蛋白的光敏交联

为了探讨竹红菌甲素对红细胞膜蛋白的光敏交联机理,我们使用了一些专一性及非专一性的基团修饰剂来修饰膜蛋白,试图说明膜蛋白的光敏交联究竟是由膜蛋白的巯基光氧化所引起的,还是膜蛋白的氨基酸与其侧链氨基之间的交联所引起的。我们分别采用N-乙基顺丁烯二酰抱亚胺(NEM)修饰膜蛋白的巯基,用N-溴代琥珀酰亚胺(NBS)来修饰色氨酸残基,用乙氧甲酸酐(DEP)修饰组氨酸残基,及用琥珀酸酐(SA)修饰氨基。测定了红细胞膜修饰前后及有竹红菌甲素存在时,光照前后的膜蛋白巯基及膜氨基的变化,膜蛋白内源性荧光的变化,以及对膜蛋白形成交联的影响。结果表明:NEM、DEP和NBS修饰的膜, 在有甲素存在时,光照对巯基影响很小,而对SA修饰的膜有明显的光敏作用。甲素对膜蛋白氨基的影响小于巯基,仅降低含量20%。甲素光照能引起NEM和SA修饰的膜内源荧光下降。甲素对NEM处理的膜仍能引起交联,但SA处理过的膜能抗交联,说明氨基在膜蛋白光敏交联中起着重要的作用。     

竹红菌甲素对体外培养细胞光敏作用的实验研究

本文用免疫荧光细胞化学、流式荧光分析等方法研究了光敏剂H_A对培养的HeLa细胞的光敏化作用。结果表明,H_A光敏化作用使细胞形态发生变化,细胞表面微绒毛丧失,细胞增殖受到抑制,上述变化随光照剂量增加而加剧,其中对肿瘤细胞的抑制作用较正常二倍体细胞更大,细胞群体中G_1期细胞下降,S期细胞增多。H_A的光敏化作用还使胞质微管变稀疏,微管中心的亮荧光近乎消失。以上实验说明,H_A的光敏作用对培养细胞的作用引起细胞膜、细胞骨架的损伤,使细胞周期部分阻断于S期,从而抑制了细胞的增殖。     

竹红菌甲素敏化质粒pBR 322 DNA光氧化——使封闭环DNA转变为开环DNA

甲素可敏化质粒pBR 322 DNA光氧化断链的使其封闭环DNA转变为开环DNA。甲素敏化pBR 322 DNA光氧化反应可被单线态氧淬灭剂-NaN_3抑制,证明此光敏氧化机制属Ⅱ型过程。