生物活组织的背向二次谐波成像

光学二次谐波成像技术由于具有三维高分辨率、不需要荧光标记、对生物样品的杀伤效应小等特点,在生物医学研究上具有广阔的应用前景.在双光子荧光成像基础上,实现了适合对厚组织样品观测的背向光学二次谐波成像,探讨了背向二次谐波成像的特点和影响因素.通过对多种生物组织样品进行大量实验,发现胶原纤维和肌肉纤维均可以产生很强的背向二次谐波,并成功地将背向二次谐波成像技术应用于糖尿病患者皮肤的观测.背向二次谐波成像技术可望推广到病理检查等临床应用中.     

二次谐波显微成像技术

二次谐波非线性显微成像技术是近年发展起来的一种新型光学成像方法,已广泛应用于生物医学的各个领域。介绍了光学二次谐波产生的原理、成像装置及其技术发展,描述了二次谐波的成像特点和它与双光子荧光成像的异同,并对其在生物医学上的应用及发展前景做出展望。     

光透明剂对兔子动脉血管壁二次谐波成像的影响

为了了解光透明剂对生物组织二次谐波成像的影响,利用二次谐波成像术(SHG) 对动脉血管组织(兔颈部动脉血管壁外膜层,含有丰富的胶原纤维)经无水甘油处理后的光透明效果进行研究.实验结果表明,经无水甘油处理后的动脉血管壁外膜层胶原纤维的二次谐波成像的成像深度和成像对比度均得到明显的改善;动脉血管组织的衰减系数降低了50 %左右,而成像深度由35 μm 提高到75 μm .这说明甘油溶液具有提高生物组织二次谐波成像深度和对比度的光透明效应.由于组织的浑浊特性使其对可见光和近红外波长具有很强的散射效应,基于激光的治疗和诊断技术受到很大限制,使用光透明剂提高组织内部的折射率匹配从而降低散射效应的方法有望在生物医学领域得到广泛应用.     

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。     

荧光蛋白研究进展

荧光蛋白在生物学众多研究领域中有着广泛的应用,基于荧光蛋白的分子探针和标记方法已成为活细胞或活体内动态成像研究生物大分子或细胞功能的重要工具。本文对现有荧光蛋白的种类和理化特性,及其在生物学研究中的应用进行了综述介绍。重点介绍了近年来荧光蛋白在亮度、Stokes位移、光谱改变等方面的研究进展,介绍了光转换与光活化荧光蛋白及其在超分辨荧光成像技术中的应用。最后对荧光蛋白未来的发展方向进行了展望。     

光片荧光显微镜特点及其应用

传统荧光显微镜由于对某些荧光分子存在光毒性、光损伤等方面的缺陷,无法满足对部分活体样本进行长时间观测的需求。光片荧光显微镜（light sheet fluorescence microscope,LSFM）是一种新型荧光显微镜,有别于激光共聚焦显微镜,其特殊的正交光路设计和高效的信号采集装置,使其具备低光毒性、低光漂白、低光损伤和高时空分辨率等优良特性,从而能对细胞及大尺度生物组织样本进行时空连续性较好的记录,尤其适宜于活体生物样品。基于此,概述了光片荧光显微镜的成像原理、成像优势、成像效果的改进与优化历程及其在生命科学领域应用所取得的研究成果,重点对近三年相关应用进行了汇总,并简要介绍了其在神经生物学、发育生物学、动物细胞生物学和植物科学领域中一部分代表性研究内容,最后,总结了光片荧光显微镜的优点与发展至今仍存在的不足,并对其在光遗传学和多组学研究中的潜在应用进行了展望,以期为研究人员提供较为系统的光片荧光显微镜相关基础知识、最新的研究应用进展以及未来的潜在应用方向,为研究人员提供参考。     

二次谐波结合双光子荧光成像方法观察人源胶原蛋白透皮吸收情况

目的:用二次谐波成像结合双光子荧光成像的方法观察人源胶原蛋白透皮吸收的情况。方法:将荧光标记的人源胶原蛋白(1 mg/mL)涂抹于小鼠表皮层经皮肤吸收1 h后用背向二次谐波观察皮肤内胶原纤维作为真皮层定位标志,用双光子扫描共聚焦显微镜观察人源胶原蛋白透皮吸收深度,吸收方式。结果:二次谐波成像结合双光子荧光成像表明人源胶原蛋白透皮吸收1 h后可观察到荧光信号沿着毛囊聚集,并有部分荧光分子由毛囊扩散至真皮层。结论:二次谐波可以更快速,更灵敏地检测皮肤中的胶原纤维,以此作为检测物质透皮吸收深度的定位标志,具有不受荧光信号干扰的优点。人源胶原蛋白可以沿着毛囊进入真皮层,并从毛囊中扩散至胶原纤维层从而补充皮肤中的胶原纤维。     

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。     

有机荧光探针辅助的近红外荧光成像技术在宫颈癌中的应用

荧光成像已被广泛应用于生物医学和临床诊断领域。近红外(Near-infrared,NIR,700–1 700nm)荧光成像在NIR波段对生物组织显影,与可见光波段(400–760 nm)的传统荧光成像相比,更有助于提高成像的信噪比和灵敏度。高质量的荧光成像需要借助良好的荧光探针,纳米技术的快速发展使具备良好荧光特性的有机染料不断涌现。与无机荧光探针相比,有机荧光探针具有安全性高、生物相容性好、光学稳定性强等优点。因此有机荧光探针辅助的NIR荧光成像可为研究者提供生物样品的结构和动态信息,是当前光学、化学、生物医学等多学科交叉研究领域的热点。文中结合近年来有机荧光探针在宫颈癌成像应用中的研究,概述了几种典型的有机荧光探针辅助NIR荧光成像在宫颈癌中的应用,如吲哚青绿、七甲川菁染料、罗丹明类荧光探针和聚合物荧光纳米颗粒,并对其发展前景和应用价值进行了展望。     

纳米二次离子质谱技术(NanoSIMS)在微生物生态学研究中的应用

超高分辨率显微镜成像技术与同位素示踪技术相结合的纳米二次离子质谱技术(NanoSIMS)具有较高的灵敏度和离子传输效率、极高的质量分辨率和空间分辨率(＜ 50 nm),代表着当今离子探针成像技术的最高水平.利用稳定性或者放射性同位素在原位或者微宇宙条件下示踪目标微生物,然后将样品进行固定、脱水、树脂包埋或者导电镀膜处理,制备成可供二次离子质谱分析的薄片,进一步通过NanoSIMS成像分析,不仅能够在单细胞水平上提供微生物的生理生态特征信息,而且能够准确识别复杂环境样品中的代谢活跃的微生物细胞及其系统分类信息,对于认识微生物介导的元素生物地球化学循环机制具有重要意义.介绍了纳米二次离子质谱技术的工作原理和技术路线,及其与同位素示踪技术、透射电子显微镜(TEM)、扫描电子显微镜(SEM)、荧光原位杂交技术(FISH)、催化报告沉积荧光原位杂交技术(CARD-FISH)、卤素原位杂交技术(Halogen In Situ Hybridization,HISH)等联合使用在微生物生态学研究方面的应用.     

碳点的生物成像研究进展

作为新型荧光纳米材料的一员,碳点(Carbon Dots,CDs)因其良好的荧光稳定性,无光闪烁现象,低毒性,良好的生物相容性,激发波长和发射波长可调控等优异的性能,在生物成像领域吸引了众多的关注。为了更系统地了解CDs生物成像研究的最新进展,方便科研人员掌握研究的动态,本文就CDs的生物成像研究进行了综述。本文在大量整理和分析最新有关CDs生物成像研究的基础上,通过比较、对比各研究的优缺点和异同,对CDs在肿瘤细胞检测、磁共振成像等领域的研究进展进行了综述,并提出了有待解决的问题和应用前景。     

环化荧光蛋白生物探针荧光寿命成像研究进展

环化荧光蛋白探针作为一种新型的基因编码生物探针,是由荧光蛋白和对探测物有特异性响应的结合域蛋白构成的。由于其独特的构造方式使其在对探测物检测时具有较高的灵敏度和较大的动态范围,引起了越来越多科学家的兴趣,已发展成为监测生命活动的一种强有力工具。目前越来越多基于环化荧光蛋白技术开发的生物探针被广泛的应用于生物成像、药物筛选、细胞代谢物检测等领域,并发挥出了越来越大的作用。但是,这类探针目前仍然存在着开发工作量大,部分发光强度较弱及测量方法受限等问题,解决这些问题还需要科学家们不断的努力。对环化荧光蛋白生物探针进行综述,主要介绍了环化荧光蛋白生物探针的设计方法,已有探针的种类和基本性质,现阶段的发展状况以及存在的问题。另外,介绍了多种检测方法在环化荧光蛋白生物探针上面的使用,特别是近期出现的荧光寿命成像技术在其应用上的进展,比较了这些检测方法的优劣,旨在从多方面阐述环化荧光蛋白生物探针的发展现状,以便能给相关研究者提供一些参考和启发。     

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。     

量子点荧光标记技术的研究热点及面临的挑战

半导体量子点作为新型荧光标记物,在生物医学领域具有重要应用．与传统的有机染料及荧光蛋白等荧光标记物相比,半导体量子点具有发光颜色可调、激发范围宽、发射光谱窄、化学及光稳定性好、表面化学丰富以及生物偶联技术成熟等诸多优势,为生命体系的靶向示踪,高灵敏、原位、实时、动态荧光成像,DNA及蛋白质检测,靶向药物,临床医学,生物芯片和传感器等研究提供了新的发展契机．基于作者在半导体量子点生物荧光成像和安全性评价研究的基础,综述了半导体量子点荧光标记物在生命科学与医学领域应用的研究热点,并对半导体量子点荧光标记技术走向实用面临的挑战进行了评述．     

膨胀显微成像技术的原理及应用

膨胀显微成像技术（expansion microscopy,ExM）是一种新型超分辨成像技术。该技术借助可膨胀水凝胶均匀地物理放大生物样本,在常规光学成像条件下实现超分辨成像。ExM适用于细胞、组织切片等多种类型生物样本。蛋白质、核酸、脂质等生物大分子均可借助ExM进行超分辨成像。ExM可与共聚焦显微镜、光片显微镜、超高分辨显微镜联合使用,进一步提高成像分辨率。近年来,多种从基础ExM拓展而来的衍生技术进一步促进了该技术的实际应用。本文综述了ExM及其衍生技术的基本原理、ExM与不同成像技术联用的研究进展及ExM在不同类型生物样本中的应用进展,并对ExM技术的发展前景做出展望。     

用光学二次谐波成像技术观察皮肤内不同种类的胶原

目的：用光学二次谐波成像的方法比较成熟皮肤与新生皮肤内不同种类胶原的含量,以及正常皮肤与创伤皮肤内胶原种类的变化。方法：用前向及背向二次谐波观察正常及创伤皮肤内的胶原,并与传统的天狼猩红染色法相对照。结果：与传统方法相比,二次谐波可以更快速,更灵敏地检测组织中的胶原。背向二次谐波信号强度随着切片厚度的增加而增强。结论：光学二次谐波成像技术是一种灵敏、简单、快速检测皮肤组织内胶原的新方法,具有很好的应用前景,可应用于活体检测。     

结直肠癌早期诊断的研究进展

结直肠癌(colorectal cancer,CRC)的早期诊断对减少肿瘤发病率和死亡率具有极其重要的意义。随着分子生物、内镜影像技术以及激光技术的发展,各种诊断方法不断改进,新诊断方法和技术不断涌现,对结直肠癌的早期诊断、定位和分期提高到了一个新的认知水平。本文简述了结直肠组织的层微结构和癌变进程,介绍了目前临床诊断的主要方法,展望了其发展方向。论文在重点评述非线性光谱技术,包括双光子激发荧光、二次谐波以及拉曼光谱在CRC诊断研究的基础上,提出联合多光子显微成像与拉曼光谱技术进一步开展结直肠癌早期无损诊断研究。     

量子点的荧光特性在生物标记成像中的应用及展望

与传统的荧光染料相比,量子点作为一种新型的无机荧光纳米材料,具有激发光谱宽而连续、发射光谱窄而对称、光稳定性好、荧光寿命长、量子产率高和生物毒性小等优点,被广泛地应用于生命科学的许多领域,其在细胞标记(固定细胞和离体活细胞)和活体示踪成像领域具有独特的应用优势.它突破了传统的有机荧光染料在荧光性能及生物毒性等方面的不可克服的缺陷.它的应用,极大地推动了生命体系高灵敏、原位、实时、动态示踪成像研究的发展.该文综述了量子点的荧光性质及其在细胞标记(固定细胞和离体活细胞)和活体实时动态示踪成像中的应用,并对其在荧光原位杂交,流式细胞术,实时荧光定量pcr等方面的应用前景进行了展望.     

孔雀石绿适配体生物传感器的研究进展

荧光适配体作为一种无需标记的荧光探针,具有许多潜在的优势,并被应用于多种靶物质(如ATP、RNA)的检测,是目前适配体研究领域的热点。孔雀石绿适配体(malachite green aptamer,MGA)属于荧光适配体,其能通过配体诱导折叠形成结合口袋,进而促进孔雀石绿(malachite green,MG)的发光。目前,已经筛选得到的MGA的种类较少,主要介绍了已知的MG RNA适配体及其变构体和MG DNA适配体的特性,以及影响MG-MGA复合物荧光强度的因素。同时,还对主要的MG衍生物和共聚物进行了总结。最后,综述了MGA在生物传感、荧光成像等方面的应用,并对MGA的发展方向进行了展望,以期为MGA在生物检测、生物成像等方面的应用提供指导。     

上转换纳米材料在生物应用中的研究进展

上转换发光纳米材料(UCNPs)具有荧光寿命长、潜在生物毒性低、穿透深度大、对生物组织损伤小且几乎没有背景光等显著优点,近年来,在光动力治疗(PDT)、生物成像及生物检测等领域已经得到广泛应用.但在应用的过程中存在一些缺陷,如在PDT中UCNPs与光敏剂之间能量转移效率较低、正常组织过热;在生物成像中,荧光强度较弱、光敏剂和激活剂有能量回流、成像模式单一等问题.科研人员针对上述问题研究出了很多解决的方法,如缩短UCNPs与目标物之间的距离、改变照射激光的强度、改变UCNPs的结构、将UCNPs作为新型多功能平台整合成像与治疗于一体等,使部分问题得到了很好的解决.本文重点综述了UCNPs应用在PDT和生物成像中所出现的问题及解决方法,并对UCNPs在生物医学领域的应用发展趋势进行展望.