基于双光子激发的荧光相关谱测量

本文利用多光子激发激光扫描显微镜的部分光路和探测器．建立了双光子荧光相关谱系统(Two-Photo Fluorescence Correlation Spectroscopy．简称TP-FCS)。利用TP-FCS系统观察到了“光子爆发”现象．实现了染料分子的双光子激发,测量出若丹明B染料分子在蔗糖溶液中的扩散系数。实验证明该系统具有操作简便、可靠性高,费用低廉等等点,可实现单分子检测。     

记新一代微型化高分辨率双光子显微镜的诞生——程和平院士专访

正在生物医学领域,成像技术是最重要的技术手段之一,它让研究者能够观察到组织和细胞内正在发生的过程,为各项研究提供直接而确切的证据.传统的单光子荧光显微镜用单个光子将荧光分子激发到激发态,进而产生可被观测的荧光,而发明于1990年的双光子显微镜则是用两个光子来激发同一个荧光分子.与单光子显微镜相比,它所使用的激光波长更长(单个光子的能量更小),具备更高的组织穿透性和更小的光毒性.此外,双光子的激发能力与能     

深层组织双光子荧光成像激发特征的仿真分析

双光子荧光探针被广泛研究应用于生物医学成像和治疗,深入了解这类探针在生物组织中激发分布特征及其相对于单光子探针的成像优势和劣势对探针的合理选择和应用具有指导意义。然而,由于实际测量难以避开众多干扰因素的影响,因此不能准确反映其固有特征。本文选取典型生物和荧光激发参数,利用生物仿真定量分析,并通过双光子和单光子的激发成像对比,获取了双光子荧光的基本激发特征。结果发现,在相同平圆光束激发下,双光子激发由于激发效率低且需要双光子吸收,再加上较高的激发阈值,虽然激发光在组织穿透深度方面存在优势,但在组织内衰减速率快、有效穿透深度比高量子效率的单光子荧光激发浅。同时,深度方向的快速衰减会导致横向激发光能的非均匀性分布,这种非均匀性对双光子荧光影响更大。仿真分析进一步表明:在生物组织耐受的前提下提高双光子激发的功率更有利于荧光成像;增加光照半径可以减弱横向激发的不均匀性,从而改善双光子荧光成像的效果。本研究结果为双光子荧光激发、成像的应用提供了基础数据参考,本仿真方法也为快速研究光与生物组织的相互作用提供了借鉴。     

紫膜的紫外荧光及分子内的能量转移

以可见光为作用光照射天然紫膜,紫膜蛋白被280nm紫外光激发所发射的荧光强度比对照略有降低.比较天然紫膜、漂白紫膜与菌蛋白三者的紫外荧光强度,前两者无显著变化,但菌蛋白的荧光强度比天然紫膜的荧光强度大2-3倍,表明生色团对蛋白质荧光可能有猝灭作用.用280nm波长光照射紫膜的暗适应形式,可使其转变成光适应形式.若有羟胺存在,以紫外光照射也可使紫膜漂白.光漂白的作用光谱,其紫外部分与紫膜蛋白部分的吸收光谱重合得很好.上述实验证明紫膜蛋白部分吸收的能量可以转移到生色团上,即紫膜存在分子内的能量转移     

鸡胚完整脑的光子发射和光激发光研究

利用自制的单光子记录系统,对离体的浸于DMEM培养液中的鸡胚的完整脑所进行的光子发射测量显示出整脑与培养液相比有光子发射.完整脑的光子发射强度与胚龄,鸡胚的健康状况和离体后脑组织的新鲜程度有关.在对完整脑的光激发光测量中观察到一种短寿命的延迟发光,它的衰减过程不服从指数衰减规律而表现出双曲线衰减行为.从生物光子发射归因于生物体内的非定位的相干性电磁场及Frohlish的生命系统中存在着长距离的相干性的理论,讨论了利用生物光子发射研究细胞间通讯、生物的调节及生物与环境关系的意义,以及所检测的光子发射与生物系统自身的相干性电磁场的关系,并提出应从环境对生物系统自身场的影响来理解所测的生物光子发射.     

光动力学诊断肿瘤中光敏剂光漂白特性的研究

实验研究了三种光敏剂:血卟啉衍生物(HpD)、癌光啉(PsD-007)和血啉甲醚(HMME),在光敏剂浓度C分别为2μg/mL、3μg/mL、5μg/mL,激发光波长λ为488 nm和514.5 nm,光功率P为10 mW、15 mW、20 mW等不同条件下照射,光敏剂的光漂白特性。结果表明光敏剂的光漂白时间除了与光敏剂自身类型有关,还与其浓度、入射光源的功率及波长有关。HMME在488 nm、激光功率15 mW,浓度为2μg/mL、3μg/mL、5μg/mL时光漂白时间分别为210 s、240 s、325 s。     

酪氨酸水溶液的闪光光解

酪氨酸和其他两种芳香族氨基酸——色氨酸和苯丙氨酸构成了各种蛋白质的生色团,它们是蛋白质吸收光能的主要部位,从这个意义上讲,生色团氨基酸的光解反应是了解蛋白质光化学的基础。虽然对酪氨酸水溶液的早期闪光光解研究就已表明光电离是主要的原初过程,但是直到近年来的激光光解研究才使我们对光电离的机制有了一些了解。酪氨酸的光解可以用下面的反应式表示:在碱性条件下(pH>9),酪氨酸酚基上的OH基解离,形成负离子,其光电离由反应式(2)表示:光解反应的原初产物对位α-氨基丙酸苯氧自由基缩写为(?)yr)的产生是经过单光子过程还是双光子过程?很多作者研究了这个问题,目前仍然存在一些分歧。所谓单光子过程,是指分子吸收一个高能光子后直接电离,或者形成的激发态迅速分解。而在双光子过程中,光解产物的形成经过两个步骤:吸收第一个光子后分子跃迁到一个中间态,然后中间态分子再吸收第二个光子而电离。本工作用闪光光解方法直接观察了原初光解产物(?)yr的产额与闪光绝对强度(即每次闪光射入样品池的光子数)的依赖关系,并结合理论分析,说明酪氨酸在碱性水溶液中的光电离是单光子过程,而在中性或弱酸性水溶液中是双光子过程。本工作还证实在碱性水溶液中酪氨酸原初光解产物(?)yr的产额与水合电子的产额相等,从而说明在碱性条件下光电离是产生(?)yr的几乎唯一的途径。除此之外,我们还对光解产生(?)yr的量子产额,这个瞬态产物的摩尔消光系数及其衰变的速率常数进行了测定。     

生物组织背向SHG和TPEF的影响因素

由于生物组织的复杂性和多样性,以及样品制备等因素的影响,实验观察到的生物组织的背向二次谐波(second harmonic generation,SHG)和双光子激发荧光(two-photon excitation fluorescence,TPEF)效应的差异较大。以鼠尾组织作为实验对象,共40个切片,分为横向和纵向、HE染色和未染色四组,采用飞秒激光器作为激发光,用双光子激光扫描共焦显微镜(two-photon laser scanning confocal microscope,TPLSCM)观察和分析了样品在不同的制备方式、激发波长、激发功率、扫描深度等条件下的背向SHG和TPEF的变化曲线,讨论和比较了生物组织的背向SHG和TPEF的影响因素以及二者之间的异同,并尝试对实验现象做出了一定的解释。     

可用于双色双光子显微成像的新的荧光蛋白对

双色双光子激光扫描显微技术可以用来研究生物组织内两种不同蛋白质的表达、定位和示踪．由于大多数双光子显微镜一次只能提供一种波长的激发光,双色同时成像较难实现．mAmetrine和mKate2作为新发现的荧光蛋白对可以用于双光子双色同时成像,这得益于它们各自的优势：mAmetrine的斯托克斯位移和mKate2的高亮度．在765nm的波长激发时,它们的双光子吸收效率都很高．mAmetrine和mKate2能够很好地用于双色双光子活细胞成像实验．     

盐胁迫下CO_2浓度倍增对冬小麦叶绿体光能吸收和激发能分配的影响

研究了在盐胁迫下ＣＯ２浓度倍增对冬小麦（Ｔｒｉｔｉｃｕｍａｅｓｔｉｖｕｍ）京冬８号叶片光合色素含量,叶绿体对光吸收能力,激发能在两个光系统之间分配和一些荧光诱导动力学参数的影响。结果表明,ＣＯ２倍增能提高冬小麦叶片单位鲜重叶绿素（Ｃｈｌ）和类胡萝卜素（Ｃａｒ）的含量,以及含等量Ｃｈｌ的叶绿体对光能的吸收能力,增强Ｍｇ２＋对两个光系统（ＰＳⅠ和ＰＳⅡ）之间激发能分配的调节能力;ＣＯ２倍增还提高荧光猝灭速率（ΔＦｖ／Ｔ）,而降低荧光半上升时间（Ｔ１／２）。然而,盐胁迫的作用则与高ＣＯ２浓度恰恰相反。     

Differential Coupling of Adult-Born Granule Cells to Parvalbumin and Somatostatin Interneurons

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Fluorescence imaging with two-photon evanescent wave excitation

We demonstrate broad-field, non-scanning, two-photon excitation fluorescence (2PEF) close to a glass/cell interface by total internal reflection of a femtosecond-pulsed infrared laser beam. We exploit the quadratic intensity dependence of 2PEF to provide non-linear evanescent wave (EW) excitation in a well-defined sample volume and to eliminate scattered background excitation. A simple model is shown to describe the resulting 2PEF intensity and to predict the effective excitation volume in terms of easily measurable beam, objective and interface properties. We demonstrate non-linear evanescent wave excitation at 860 nm of acridine orange-labelled secretory granules in live chromaffin cells, and excitation at 900 nm of TRITC-phalloidin-actin/GPI-GFP double-labelled fibroblasts. The confined excitation volume and the possibility of simultaneous multi-colour excitation of several fluorophores make EW 2PEF particularly advantageous for quantitative microscopy, imaging biochemistry inside live cells, or biosensing and screening applications in miniature high-density multi-well plates.Abbreviations 1PEF one-photon excited fluorescence - 2PEF two-photon excited fluorescence - APD avalanche photo diode - CHO Chinese hamster ovary - DMEM Dulbecco's modified Eagle's medium - EGFP enhanced green fluorescent protein - EW evanescent wave - FCS fetal calf serum - GPI glycosylphosphatidylinositol - TIR total internal reflectionThis paper is dedicated to the memory of Prof. Horst Harreis (1940–2002)     

Positive feedback loops sustain repeating bursts in neuronal circuits

Voluntary movements in animals are often episodic, with abrupt onset and termination. Elevated neuronal excitation is required to drive the neuronal circuits underlying such movements; however, the mechanisms that sustain this increased excitation are largely unknown. In the medicinal leech, an identified cascade of excitation has been traced from mechanosensory neurons to the swim oscillator circuit. Although this cascade explains the initiation of excitatory drive (and hence swim initiation), it cannot account for the prolonged excitation (10–100 s) that underlies swim episodes. We present results of physiological and theoretical investigations into the mechanisms that maintain swimming activity in the leech. Although intrasegmental mechanisms can prolong stimulus-evoked excitation for more than one second, maintained excitation and sustained swimming activity requires chains of several ganglia. Experimental and modeling studies suggest that mutually excitatory intersegmental interactions can drive bouts of swimming activity in leeches. Our model neuronal circuits, which incorporated mutually excitatory neurons whose activity was limited by impulse adaptation, also replicated the following major experimental findings: (1) swimming can be initiated and terminated by a single neuron, (2) swim duration decreases with experimental reduction in nerve cord length, and (3) swim duration decreases as the interval between swim episodes is reduced.     

多光子激发技术及其在生命科学中的应用

多光子激发技术是20世纪90年代初发展起来的新技术,其研究和应用前景十分广阔。本文对多光子激发的原理,优缺点以及近年来它的应用领域作了简介。     

Landscape Excitation Profiles and Excess Thermodynamic Properties of Disaccharide Aqueous Solutions

We will consider the use of the bond model in characterizing, by the direct calculation route, the full excitation profile. The present work sets the temperature behaviour of the excessive value of some thermodynamic quantities, such as configurational entropy and heat capacity of two homologous disaccharide aqueous solutions. The findings represent important data for understanding the better lyoprotectant effectiveness of trehalose in comparison with sucrose.     

原卟啉Ⅸ发光特性与癌发光关系的研究

研究了人体内源性卟啉──原卟啉Ⅸ（ＰｒｏｔｏｐｏｒｐｈｙｒｉｎⅨ简称ＰＰ）的发光特性,结果表明,它与癌组织抽提物的发光及目前用于临床研究所选用的癌固有荧光特征峰其本相类同     

光系统Ⅱ核心复合物的稳态荧光光谱

在83K和160K两个温度下,通过激发波长对荧光发射谱的影响研究了光系统Ⅱ中核心复合物的荧光光谱特性。用不同波长的光激发,核心复合物的发射谱的最大发射峰值不变,用480、489、495和507nm的光分别激发核心复合物,其光谱最大峰值处的荧光强度随不同激发波长下β-胡萝卜素分子的吸收强度的增大而降低,在长波长区域光谱的变化依赖于首先被激发的色素分子。所以,激发波长的不同影响着核心复合物中能量传递的途径。通过高斯解析,分析出核心复合物中至少存在有7组叶绿素a组分,它们是Ch1 a660,Ch1 a670,Ch1 a680,Ch1 a682,Ch1 a684,Ch1 a687和Ch1 a690。     

Energy migration in purple bacteria. The criterion for discrimination between migration- and trapping-limited photosynthetic units

A criterion has been evolved for distinguishing between migration- and trapping-limited photosynthetic units (PSUs). Its application to purple bacteria has proved their PSUs to be of trapping-limited type. It means that any improvements of the molecular structure of their PSUs cannot noticeably increase the overall rate constant of excitation delivery from antenna BChls to reaction centers (RCs).Abbreviations PSUs photosynthetic units - RCs reaction centers - Chl chlorophyll - BChl bacteriochlorophyll - R intermolecular distance, _e - quantum yields of the primary excitation trapping and wasteful losses respectively - _fl excitation and fluorescence lifetimes respectively     

三种藻胆蛋白在复合累积LB膜中的能量传递

制备了R-藻红蛋白(R-PE)、C-藻蓝蛋白(C-PC)及变藻蓝蛋白(APC)的单组分累积LB膜及三组分复合累积LB膜. 吸收及荧光光谱测定表明三种蛋白的LB膜的光谱重叠性质与他们在水溶液中的性质相同. 结构测定表明, 三种蛋白在其LB膜中排列有序, 且由它们组装的复合累积LB膜结构类似于藻类植物中的藻胆体结构. 通过稳态荧光光谱及其光谱解叠, 观察到了三种蛋白在复合累积LB膜中的激发能量传递现象. 根据给体荧光峰的猝灭, 计算出在复合累积LB膜中从给体R-PE经C-PC到受体APC的能量传递效率为51%.