三维X射线显微技术与小型-微体化石高分辨率无损成像*

在古生物学研究中,以X射线断层成像(Computed Tomography)为代表的三维无损成像技术可以在不破坏化石标本的前提下,同时获得标本外观形态和内部结构的信息,相比传统的可见光成像手段有着明显优势。为推动化石三维无损成像技术在国内古生物学领域的发展,本文系统介绍一种新型显微CT技术——三维X射线显微术(Three-Dimensional X-ray Microscopy)。与基于几何放大和吸收衬度成像的传统显微CT技术相比,该技术有若干优势:(1)将同步辐射X射线显微断层成像的光学成像系统引入基于实验室X射线源的显微CT系统中,在几何放大的基础上增加了光学放大,优化了传统显微CT的系统架构,弥补了传统显微CT单纯依靠几何放大的不足,提高了空间分辨率;(2)采用可移动的X射线源和优化的光学成像系统,实现了低能X射线相位衬度成像,可以三维重构传统显微CT技术无法有效探测的、低吸收衬度的化石标本;(3)基于新的成像架构和成像算法,实现了厘米-分米级较大标本内部"感兴趣区域"(Region of Interest)精确导航和局部高分辨率(微米-亚微米空间分辨)成像;(4)可以实现小型扁平标本(宽厚比4,宽10cm)高效率、高分辨率成像和长条形微体标本长轴方向自动分段无缝拼接的微米至亚微米级高分辨率重建,弥补了传统工业显微CT针对小型扁平标本和长条形微体标本高分辨成像效果不佳的缺陷。这些优势使得基于实验室X射线源的显微CT成像技术可以获得接近同步辐射X射线源的成像质量,从而有效推动化石生物学研究。     

多尺度的光声显微镜用于癌细胞及实体瘤成像（英文）

多尺度显微成像系统(M-PAM)被发展,并被用于成像从癌细胞到实体肿瘤的多尺度生物结构。该装置由二维运动平台,扫描振镜,物镜,聚焦超声换能器组成,其横向分辨率达到3μm。结果显示该系统可以对体外培养黑色素瘤细胞与体内的黑色素瘤进行无标记成像。基于具有靶向性的探针,M-PAM系统可以对体外培养的U87-MG肿瘤细胞以及体内U87-MG实体肿瘤进行成像。综上所述,M-PAM系统将是研究肿瘤的有力工具。     

多尺度的光声显微镜用于癌细胞及实体瘤成像

多尺度显微成像系统(M-PAM)被发展,并被用于成像从癌细胞到实体肿瘤的多尺度生物结构.该装置由二维运动平台,扫描振镜,物镜,聚焦超声换能器组成,其横向分辨率达到3 μm.结果显示该系统可以对体外培养黑色素瘤细胞与体内的黑色素瘤进行无标记成像.基于具有靶向性的探针,M-PAM系统可以对体外培养的U87-MG肿瘤细胞以及体内U87-MG实体肿瘤进行成像.综上所述,M-PAM系统将是研究肿瘤的有力工具.     

基于核酸适配子W3量子点探针的转移性大肠癌靶向成像

目的核酸适配子W3偶联量子点QD605制备特异性探针(W3-QD),并对大肠癌细胞以及临床大肠癌组织石蜡切片标本进行靶向成像。方法荧光显微镜分析W3-QD对混合培养细胞中靶细胞LoVo的特异性识别能力;利用W3-QD对不同种类细胞进行特异性成像并扫描定量,同时利用流式细胞术对其进行验证;进一步利用W3-QD对临床大肠癌患者组织标本进行特异性成像。结果 W3-QD能够特异性识别混合细胞培养中的LoVo细胞,并能够对不同种类的细胞进行定量成像,与流式细胞术的结果一致;将W3-QD进一步用于临床患者组织标本上,能对转移性大肠癌患者的癌组织进行靶向成像作用。结论核酸适配子-量子点(W3-QD)探针荧光检测技术可应用于转移性大肠癌患者癌组织的靶向成像。     

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。     

正常新西兰白兔阴茎组织超声成像特征的实验研究

目的:明确正常新西兰白兔阴茎组织超声成像特征。方法:性成熟健康新西兰白兔3只(月龄4-5月),猝死后将阴茎切除放入4%中性福尔马林中固定24小时。将阴茎标本置入纯净水中,进行超声成像,扫查切面选择阴茎横截面。将阴茎标本横断面制成病理切片,进行HE染色观察。结果:超声成像清晰显示:阴茎包皮及皮下软组织、阴茎海绵体白膜、阴茎海绵体、尿道海绵体,这些结构的空间位置关系与阴茎标本和组织病理切片完全一致;同时,利用二维超声图像显示的白膜边界进行阴茎海绵体内径的测量,测值与组织病理切片基本一致。结论:利用二维超声可以观察和测量新西兰白兔阴茎组织结构,超声成像可以作为新西兰白兔阴茎疾病模型研究的一项影像学检测方法。     

自发光学信号成像系统在生物成像中的发展与应用

自发光学信号成像系统是近年来比较新颖的一项用于活体生物的基因或细胞活动的微观检测的光学技术,具有直观、操作简便以及分辨率高的特点。该技术主要分为生物发光成像技术和荧光成像技术,目前主要用于测定活体动物体内的细胞以及分子的活动或变化情况。由于该技术能够对动物体内的微观形态的变化进行精确的捕捉,对于癌症、基因表达、肿瘤以及其他病变均具有较好的监测作用。在本文中,将就自发光学信号成像系统在生物成像中的发展与应用进行详细的阐述。     

微波热声成像技术用于人体甲状腺检测

本文首次通过人体实验验证了微波热声成像技术用于人体甲状腺检测的可行性.文章首先讨论了该技术用于人体甲状腺检测的可行性;然后对3名志愿者的健康甲状腺进行了微波热声成像实验.结果表明:微波热声成像能够对人体健康甲状腺进行清晰成像,能够真实反映皮肤、甲状腺和气管等不同组织的结构特征;并且一次完整的检测过程时间约5 s,系统操作简单成像快速.综上所述,微波热声成像技术有望为甲状腺疾病的基础研究和临床诊断提供一种新的影像学参考.     

非线性光学显微镜观察肝脏纤维化的实验研究

目的:了解非线性光学显微镜在肝纤维化成像及定量分析研究中的地位。方法:分别用前向二次谐波(SGH)及背向双光子荧光(TPEF)对肝脏标本的成纤维胶原(Ⅰ/Ⅲ)和肝细胞浆进行成像,将结果与传统的Masson’s三染色法进行比较。随后用非线性光学显微镜对不同肝纤维化阶段的大鼠肝脏标本成像,并对图像进行统计分析。结果:(1)用二次谐波成像的肝内成纤维胶原分布图较传统的方法更清晰,易于进一步定量分析;(2)双光子荧光信号可以清晰的显示肝细胞形态;(3)非线性光学显微镜得到的肝纤维化图像易于用软件进行定量分析。结论:非线性光学显微镜是研究肝纤维化进程的灵敏、准确、快速、简单、客观的新方法。其对肝纤维化的定量分析具有重要临床意义。     

Fe3O4磁性纳米粒子在生物医学领域的应用

Fe_3O_4磁性纳米粒子由于其良好的磁学性能,被广泛应用到了化学、生物、物理、环境保护等各个领域。尤其是在生物医学领域中的应用越来越受到研究者的关注。由于其所具有的优秀的超顺磁性性质,Fe_3O_4磁性纳米粒子可以作为造影剂,增强核磁共振成像的对比度和成像效果;也可以结合到纳米载药系统内用于药物的靶向输送;也可以包埋到蛋白内部用于蛋白的磁性分离;也可以用于基因治疗,提高靶细胞的转染效率;由于其在近红外光的作用下具有很好的光热转换效果,使温度升高,展现出的良好热疗效果,Fe_3O_4磁性纳米粒子又可以用于癌细胞的热疗。本文针对其在该领域中作为药物的靶向传递,蛋白的磁分离,核磁共振成像,热疗,以及基因治疗的载体等方面的研究应用进行了系统性的总结,阐述了Fe_3O_4磁性纳米粒子在生物医学领域中各种应用进展和优势。     

基于压缩感知理论的光声成像方法研究现状

光声成像是一种新兴的无损生物医学成像方法,因其兼具高灵敏的光学对比度和超声能够对深层组织进行高分辨成像的优点,已经成为当前生物医学成像领域发展最快的技术之一。光声成像的光吸收对比度能够反映生物组织微小的组织病变,与血氧饱和度等多种功能和生理信息紧密相关,目前已被证明在肿瘤血管新生研究、早期癌症检测和心血管疾病诊断等方面有很大的应用潜力。基于超声阵列探测的常规光声计算层析成像系统,数据采集量大,由此导致的较低数据采集和成像速度成为制约该技术临床应用和转化的重要因素。压缩感知理论可以在远低于Nyquist采样定理的欠采样方式下,高质量重建信号,已被广泛用于信号处理和传统的医学图像重建领域。自2009年压缩感知理论被应用于光声成像以来,已有的研究结果表明,该方法为解决目前大区域光声成像的数据采集和成像速度问题提供了一条有效的途径。本文将重点介绍压缩感知理论用于光声成像的基本原理、研究现状、面临的问题和应用前景。     

窄等离子体吸收谱线宽度的纳米金锥用于光声成像

无损光声成像技术结合了纯光学成像高选择特性和纯超声成像中深穿透特性的优点,克服了光散射限制,实现了对活体深层组织的高分辨、高对比度成像。该成像技术对内源物质例如脱氧血红蛋白、含氧血红蛋白、黑色素、脂质等进行成像,提供了活体生物组织结构和功能信息,已经在生物医学领域表现出巨大的应用前景。然而,很多与病理过程相关的特征分子的光吸收能力较弱,在活体环境中难以被光声成像系统所识别,从而限制了光声成像技术的应用范围。基于功能纳米探针的光声成像-光声分子成像极大拓展光声成像的应用范围,可以在活体层面对病理过程进行分子水平的定性和定量研究,将为实现目标疾病的早期诊断提供强大的技术支持。本文发展在近红外具有窄吸收线宽(半高宽仅为60 nm)的纳米金锥作为新型的光声探针。通过选择不同径长比的纳米金锥,可以任意调节纳米金锥的吸收峰。通过调谐激光器的波长,可实现对不同吸收峰纳米金锥的选择性激发。纳米金锥将有可能用于多光谱光声成像,实现对不同靶标的目标分子探测。     

传统光学相干断层成像:软骨双折射特性的研究

传统光学相干断层成像可实现无损伤在体检测,具有较高的分辨率和灵敏度。获取生物组织的双折射信息可望是其应用之一。本文用传统光学相干断层成像系统以动物模型对关节软骨进行了研究,对软骨组织的传统光学相干断层图像的层结构随脱水和机械作用的变化进行了分析。结果表明,传统光学相干断层成像系统在一定程度上可用于监测由其胶原质纤维排列决定的软骨组织的双折射和密度。     

用于皮肤色素病变检测的线性共焦光声显微镜

医学成像在皮肤病学的病理生理相关性的临床诊断和评估中起着不可或缺的作用。然而,现有的成像技术很难获得色素性皮肤病的黑色素空间分布和色素浓度。本文中我们提出了一种线性共焦扫描光声显微镜,用于快速无损地获取色素性皮肤病的病理结构变化和色素异常部位的黑色素分布情况。通过样品试验和动物试验证明了该显微成像系统的可行性及成像能力,并进一步对咖啡斑患者的正常表皮和病变表皮进行高分辨成像,图像结果表明,正常皮肤和咖啡斑皮肤之间黑色素分布及浓度存在着明显的差异。通过使用快速线性共焦扫描模式,可以在1 s内快速获得检测部位的光声断层图像。线性共焦扫描光声显微镜也可以扩展到诊断其他皮肤性疾病,是一种具有前景的皮肤病学成像技术。     

用于海洋原位浮游生物探测的同轴数字全息显微技术研究

本文将数字全息与显微成像技术相结合,设计搭建了一套数字全息显微系统,用于对浮游生物进行光场获取。基于该系统获取的光场信息,通过在不同景深对图像进行再现,既可以获到单一浮游生物的清晰图像,也可以获得一定水体内浮游生物微粒在海水中的三维分布情况。通过实验测得系统分辨率可以达到7．8微米,景深可以达到10毫米,优于一般光学显微镜的技术指标。研究结果表明优势明显的数字全息显微系统是一种适合海洋原位探测的浮游生物研究的有效方法。基于数字同轴显微系统的水下仪器开发将是下一步工作的努力方向。     

穿山甲标本和甲片的DNA提取及PCR扩增

为验证经处理后的穿山甲(Manis spp.)标本和甲片是否可以用于种间分子鉴定标记的开发及个体识别工作,本文在样品的预处理、消化、提取后纯化等方面对传统提取方法进行了改进,分别从穿山甲剥制标本、干皮标本及甲片中提取总DNA;然后用Cyt b基因扩增通用引物、12S rRNA基因全序列扩增引物、RAPD引物及微卫星引物进行了PCR扩增,并对部分扩增结果进行了序列测定.结果表明,除剥制标本的脚底皮张组织外,其他样品基本都可以提取出DNA.以此为模板的PCR扩增中,2种线粒体基因引物扩增出明显目的条带,RAPD引物扩增出种间特异条带,测序结果可用于种间特异性引物及SCAR引物的开发;微卫星引物在甲片样品中扩增稳定,可用于个体识别工作.     

光声层析成像技术在骨坏死早期诊断中的应用

骨坏死是骨科临床常见的疾病,严重地影响人类健康及生存质量,临床研究表明骨坏死治疗效果取决该病的早期诊断．X线成像、计算机断层摄影(CT)及同位素骨扫描等一些传统的检查方法难以对骨坏死进行早期诊断,即使应用核磁共振成像(MRI)检测也存在很大的局限性,所以寻求一种简单易行、无创、价廉的早期诊断骨坏死的方法具有重要临床意义．光声层析成像是近年来发展起来的新技术,对哺乳动物组织可产生高对比、高分辨率影像．为探讨光声层析成像对骨坏死早期诊断的可行性,应用脉冲激光产生的光声成像技术对早期动物股骨头坏死模型及人股骨头坏死标本进行图像重建分析,实验结果显示,重建图像和股骨头坏死标本的部位、形状及尺寸完全吻合,成像系统空间分辨率为0.3 mm,表明光声层析成像技术有望成为一种有效的诊断早期骨坏死的新方法．     

激光扫描共聚焦显微镜活细胞成像方法优化

激光扫描共聚焦显微镜可用于固定样品和活细胞样品的成像,近年来得到了广泛的应用。本文介绍了激光扫描共聚焦显微镜的基本原理及其在活细胞成像中的应用,并以FV10-ASW Viewer4.2软件为例,从扫描速度、分辨率、降噪、光电倍增调节、多参数协同优化、成像质量评估、图像后期处理等多个角度总结了激光扫描共聚焦活细胞成像系统的方法优化和推荐参数设置。本文的工作可以为活细胞实验提供一定参考。     

激光共焦显微成像的最新进展及其在生命科学研究中的应用

激光扫描共聚焦显微镜近年来得到了迅速发展,是近代最先进的细胞生物医学分析仪器之一。通过它可以对观察样品进行无创断层扫描和成像,在生物学和医学研究诊断的各个方面都得到了广泛的应用。本文主要介绍了激光扫描共焦显微镜的基本原理和发展状况,并着重介绍了在共焦荧光显微镜中采用薄荧光层和切片成像特性图来表征成像状态的功能。这种方法一般用于表征共聚焦和多光子显微镜的成像特性,是比较显微镜切片成像条件、成像质量等相关性能的重要依据。     

植物标本制作工艺的改良

用于教学的植物标本主要有浸液标本和腊叶标本。蜡叶标本在使用过程中破损严重,浸液标本囡其笨重的外形不适用于大范围的教学研究。现通过叶片含水量检测、植物种子超干实验等一系列对比实验,针对教学标本工艺进行改良,以册的形式,对标本进行整理归纳,形成适应普通教学的简易植物标本数据库。