小波变换及滚球算法在单分子荧光能量共振转移图像分析中的应用

单分子荧光共振能量转移技术是通过检测单个分子内的荧光供体及受体间荧光能量转移的效率来研究分子构象的变化．要得到这些生物大分子的信息就需要对大量的单分子信号进行统计分析,人工分析这些信息,既费时费力又不具备客观性和可重复性,因此本文将小波变换及滚球算法应用到单分子荧光能量共振转移图像中对单分子信号进行统计分析．在保证准确检测到单分子信号的前提下,文章对滚球算法和小波变换算法处理图像后的线性进行了分析,结果表明,滚球算法和小波变换算法不但能够很好地去除单分子FRET图像的背景噪声,同时还能很好地保持单分子荧光信号的线性．最后本文还利用滚球算法处理单分子FRET图像及统计15 bp DNA的FRET效率的直方图,通过计算得到了15 bp DNA的FRET效率值．     

单分子荧光原位杂交（smFISH）技术及应用

单分子荧光原位杂交（single-molecule fluorescence in situ hybridization,smFISH）技术是一种通过用偶联荧光基团的寡核苷酸探针,对固定细胞或组织中单个mRNA分子进行成像的方法。smFISH可对RNA进行定位、定量,以此对目标转录本进行实时研究。smFISH适用于细胞、组织切片等多种类型生物样本。近年来,多种基于基础smFISH的改进技术被发明,进一步促进了该技术的实际应用。smFISH良好的RNA单分子可视化能力,使得其在发育生物学、神经生物学及肿瘤生物学等基础生物学科中得到了广泛的应用。本文综述了smFISH技术基本原理、smFISH技术的局限性、smFISH衍生技术方法、smFISH在不同生物学科中的应用进展,并对smFISH技术的发展前景做出展望。     

应用小波变换检测细胞显微荧光图像中的囊泡

文章提出了一种用小波变换来检测生物荧光图像中囊泡的方法。作者用à trous小波对图像进行小波变换,然后求出每层系数的中值绝对偏差σ,并用t=kσ/0.67作为阈值对每层系数进行门限滤波,然后通过提取小波变换系数来重构图像。通过设计实验与常用的“rolling ball”算法对比,发现小波变换算法在低信噪比的情况下,具有更好的灵敏度;对于形状大小不同的信号,具有更好的稳定性;而且对于信号的细节信息具有更好的保真性。     

单分子荧光共振能量转移技术在核糖体移位研究中的进展

核糖体是蛋白质的"合成工厂",也是临床上多种抗菌药物的作用靶点,因此,深入理解细菌核糖体的蛋白质翻译机制意义重大.蛋白质翻译是通过多步骤相互协调、多组分精细配合来实现高保真和精确调控.核糖体在mRNA上的移位作为翻译过程中最重要的事件之一,需要核糖体大规模的构象重排以及tRNA2-mRNA沿着核糖体的精确移动.在细菌中,移位是由延伸因子EF-G催化GTP水解来驱动的.近年来,单分子荧光共振能量技术(smFRET)的发展使得人们可以探究单个tRNA分子移位的动力学过程并实时观测核糖体的构象变化.本文首先介绍了smFRET技术的原理及特点,对其在核糖体结构动态及tRNA移位研究中的应用进行了较为系统的总结,并对其应用前景进行了展望.     

荧光单分子检测技术在生命科学中的应用

荧光单分子检测技术是用荧光标记来显示和追踪单个分子的构象变化、动力学,单分子之间的相互作用以及单分子操纵的研究。过去对于生命科学分子机制的研究,都是对分子群体进行研究,然后平均化来进行单分子估测。因此,单个分子的动态性和独立性也被平均化掉而无法表现出来。荧光单分子检测技术真正实现了对单个分子的实时观测,将过去被平均化并隐藏在群体测量中不能获得的信息显示出来。近几年来,荧光单分子检测技术的飞速发展,为生命科学的发展,开辟了全新的研究领域。现就荧光单分子检测技术在研究动力蛋白、DNA转录、酶反应、蛋白质动态性和细胞信号转导方面的应用进展作一综述。     

改良的小波变换算法在生物微粒检测中的应用

荧光图像的微粒检测已经成为了生物学研究中不可或缺的工具之一．介绍了一种改良的小波变换算法(improved wavelet transform,IWT),该方法实现简单,能够以很高的速度和精度来进行生物微粒的检测．IWT源自多尺度小波乘积算法(wavelet multiscale products,WMP),但它不仅解决了WMP算法遇到的问题,而且在处理各类图像的时候具有更强的适应性．使用人工合成的图像和真实的图像来定量地分析IWT、WMP以及多尺度方差稳定变换算法(multiscale variance stabilizing transform,MSVST)的检测效果．实验结果表明, IWT在大多数情况下的检测效果比WMP好很多,且与更为复杂的MSVST算法相当．此外,在处理相同图像时,IWT的速度比MSVST快20%．因此,IWT算法能够普遍适用于各种生物微粒的自动化检测,其简单准确的特点使之成为荧光图像分析更好的选择．     

气体信号分子在女性生殖系统中的作用（英文）

生物体内合成的内源性气体分子:NO,CO以及H_2S,具有多种生物学功能因而被称为气体信号分子。这三种气体信号分子在许多生理与病理过程中发挥重要作用,如调节血管紧张性、炎症反应、生殖功能等。本文主要对这三种气体信号分子在女性和雌性动物生殖系统中的分布和生物学功能进行综述。     

中药的抗炎作用及分子机制（英文）

<正>Traditional Chinese medicines (TCMs) are great treasures in pharmacological history with records of more than 3 000 years. From ancient times to the present, TCMs of clearing heat, eliminating dampness, unblocking collaterals and removing toxins have been used in clinic to treat many infectious diseases and noninfectious chronic diseases, whose pathogenesis may involve inflammation induced by different causes. Growing evidence exhibits the     

小波变换及其在医学图像处理中的应用

医学图像的好坏直接影响着医生对病情的诊断和治疗,因此利用数字图像处理等技术对医学图像进行有效的处理,已成为医学图像处理研究和开发的一大热点。小波变换是对傅里叶变换的继承和发展,在医学影像领域有着广泛的应用前景。本文介绍了二维离散小渡变换的一般形式,在图像分解与重构的基础上．系统地阐述了利用小小组变换的时频域特性与多分辨分析对医学图像进行去噪、增强以及边缘提取等深层次的处理,有效的改善图像质量。     

全内反射荧光显微术在活细胞单分子检测中的应用

全内反射荧光显微术(total internal reflection fluorescence microscopy,TIRFM)是一种灵敏、快速的单分子成像和检测技术,近年来得到迅猛发展。该技术已广泛应用于生命科学、化学、物理学等领域。本文综述了全内反射荧光显微术的原理及其在活细胞单分子检测中的应用,并对其发展前景进行了展望。     

自动对焦算法评估线虫脂滴图像的研究（英文）

自动对焦是实现线虫自动化筛选的一个重要步骤.在光学显微镜系统中,通过采集同一个视野下不同焦面的图像,再通过清晰度评价函数对这些图像进行运算,得到的最大值被认为是最佳对焦位置.在本研究中,对16种常用的自动对焦算法以及最近提出的一些算法进行了评估,通过评估找出最适合线虫脂滴图像的自动对焦算法,从而搭建一套线虫脂滴自动化筛选系统.同时就对焦精度、运算时间、抗噪声能力、对焦曲线等特征进行了分析评价,结果表明,大多数算法对线虫脂滴图像都有较好的表现,特别是绝对Tenengrad算法在对焦精度上有最好的表现,我们将优选该算法应用到线虫脂滴自动化筛选系统中.     

单分子荧光检测技术的发展及其在植物生物学研究中的应用

单分子荧光检测技术是利用荧光基团对目的分子标记后,在单分子水平成像并追踪分子的构象变化、动力学特征以及分子之间相互作用的研究方法.相较于传统分子生物学和遗传学的研究手段,单分子检测技术可以对单个分子的动态和特性进行分析,特别是瞬时或偶发性的事件,从而更加深入地挖掘在群体测量中被掩盖的信息.该技术已广泛应用于动物细胞生物...     

零模波导原理、制备及其在单分子荧光检测中的应用

单分子荧光检测作为一种能够表征分子个体性质及行为的分析方法,有助于揭示利用传统荧光检测方法无法得到的信息,在近年来受到人们的广泛关注。利用传统光学检测设备进行单分子荧光检测时,由于受到衍射极限的限制,同时为了保证在观测体积内只有单个荧光分子,仅能采用无限稀释溶液的方法实现单分子荧光检测。虽然这种方法可以满足单分子检测的要求,但是由于大部分酶分子正常工作时底物的生理浓度都非常高,底物浓度的大幅度降低会对酶分子的反应机制等方面造成影响。零模波导作为一种新型的单分子检测器件,通过纳米微孔结构突破了光学衍射极限的限制将观测体积降至仄升量级（10-21L）,使得在生理浓度范围内检测单分子荧光成为可能,在单分子荧光检测领域得到了广泛应用。因此,就零模波导的原理、制备工艺及其在单分子DNA测序、生物膜、生物大分子之间的相互作用及单分子反应动力学方面的具体应用进行综述。     

时间序列荧光图像中精确检测高密度快速运动多囊泡的“自校正”算法（英文）

本文提出了一种"自校正"算法,用于提高时间序列荧光图像中的多个运动目标识别的正确率(如囊泡).此算法的主要思想是构建一个由核函数叠加构成的模型,然后用这个模型去拟合无法分辨时刻的数据,通过最小二乘拟合后得到的模型与真实数据的χ~2统计残差及拟合得到的核函数的参数,来确定该时刻囊泡的数目及各囊泡的中心位置.我们在合成图像上比较加入了自校正算法和未加自校正算法的识别正确率,结果表明,加入了自检算法以后识别正确率得到了明显提高.同时,提出了一个优化的囊泡追踪流程,并应用到小鼠β细胞的囊泡荧光图像分析中.统计分析显示,加入葡萄糖刺激后,小鼠β细胞囊泡轨迹数目会增加,平均锚定时间会减少,这是由于胰岛细胞需要借助囊泡的转运和分泌来调控血糖平衡.因此我们进一步在亚细胞水平定量分析了活细胞中囊泡的活动.     

乳腺癌转移中的磷脂酰胆碱和溶血磷脂酰胆碱分析（英文）

我们以前曾报道花生四烯酸(arachidonic acid,AA)代谢产物可以促进乳腺癌细胞增殖和迁移.为了进一步寻找维持高转移乳腺癌细胞中AA高水平代谢的内源机制,深入探求AA代谢促进乳腺癌细胞转移的分子机理,我们应用HPLC/ESI/MSn技术检测和分析了乳腺癌MCF-7和高转移乳腺癌LM-MCF-7细胞中溶血磷脂酰胆碱(lysophosphatidylcholines,Lyso PCs)和磷脂酰胆碱(phosphatidylcholines,PCs)的成分和含量.发现了10种Lyso PC的含量在LM-MCF-7细胞中显著高于MCF-7细胞,有6种PC可水解产生AA,它们在LM-MCF-7细胞中的含量显著低于MCF-7细胞,提示这些溶血磷脂含量的升高和磷脂含量的降低可能与乳腺癌转移相关.在LM-MCF-7细胞中,COX-2抑制剂吲哚美辛(indomethacin,Indo)和LOX抑制剂(nordihydroguaiaretic acid,NDGA)共同作用可明显下调c PLA2的活性,应用HPLC-ESI-MSn技术比较c PLA2活性下调前后LM-MCF-7细胞中Lyso PC和PC含量的变化,发现其中4种PC可被c PLA2水解产生AA.还发现,细胞内Lyso PC与PC的比值可以反映c PLA2的活性.通过以上研究进一步证实了由c PLA2活性调节的AA释放及代谢对乳腺癌转移具有重要作用.     

荧光蛋白在肿瘤分子影像研究中的应用

绿色荧光蛋白（green fluorescent protein,GFP）是在水母中发现的新型报告分子,该蛋白及其衍生物能在多种生物体内表达并发出荧光,是目前在生物学中研究和开发应用得最广泛的蛋白质之一。尤其是在肿瘤的研究中,荧光蛋白的分子影像可为深入揭示肿瘤发生发展的病理过程的机制,以及对其治疗进行实时、动态、细致、无创、靶向性的探测和跟踪提供有效手段。     

昼夜节律在生殖过程中的调节作用（英文）

昼夜节律是生物机体的许多功能活动为适应所在环境白昼和黑夜交替而发生的规律性变化。这种昼夜节律由位于下丘脑视交叉上核神经元(hypothalamic suprachiasmatic nucleus,SCN)相关的中枢性生物时钟和分布于各种组织的外周性生物时钟控制。中枢生物时钟能整合外界环境中的光/非光信号,产生节律性输出,经神经内分泌和体液循环影响外周组织的生理进程,同时也影响外周性生物时钟的活动。人体的生殖功能与其他许多功能活动一样都受到体内生物时钟的调控。越来越多的流行病学和遗传调查分析表明,生物时钟紊乱与不育不孕的发生有关。本文重点讨论了生殖器官中生物时钟的存在及时钟元件在动物发情周期、卵巢卵泡发育与排卵、睾丸精子发生、受精和胚胎着床中的作用。当今社会非常普遍的轮班工作以及临床上用于不育不孕治疗的辅助生殖技术都可能干扰正常的生物节律进而影响生殖功能,因而研究昼夜节律在生殖过程中的调节作用具有重要意义。     

microRNA-22在心肌梗死中的作用（英文）

心肌梗死是临床常见的疾病,由于其极高的发病率和致死率,一直受到医学界的高度关注。心肌梗死导致心肌细胞死亡,由于成年心肌细胞几乎丧失再生能力,损伤后心脏的修复主要通过纤维化实现。同时,存活的心肌细胞进行性发生肥大,以维持心脏的泵血功能。然而,纤维化和肥大也导致了心脏重构,使心脏功能失代偿,最终发展为心力衰竭。近年来研究显示,microRNA(miRNA)在心血管疾病中具有重要的作用。microRNA-22(miR-22)作为一种在心脏中高表达的miRNA,许多研究已证实miR-22在心肌梗死及心脏重构的过程中发挥了重要作用。本文主要总结了近年来的主要研究进展,包括miR-22对氧化应激、细胞凋亡、细胞自噬、心肌肥大、心脏纤维化和心脏再生的调节作用。     

基于颜色直方图及双树复小波变换（DTCWT）的昆虫图像识别

为了给生产单位害虫管理的普通技术人员提供简便易操作的昆虫鉴别方法, 本文提出了一种新颖的基于图像颜色及纹理特征的昆虫图像识别方法。鳞翅目昆虫翅面图像经过预处理, 确定目标区域, 再进行特征提取。首先将彩色图像从三原色(red-green-blue, RGB)空间转换至色调饱和值（HSV）空间并提取有效区域内的色度、饱和度直方图特征, 然后经图像位置校准, 提取灰度图的双树复小波变换（DTCWT）特征; 匹配首先计算两颜色直方图特征向量之间的相关性, 将相关性大于阈值的样本再进一步用DTCWT特征匹配; DTCWT匹配通过计算Canberra距离实现, 从通过第一层颜色匹配的样本中取出最近邻作为最终匹配类别。算法在包含100类鳞翅目昆虫的图像库中进行试验验证, 取得了76%的识别率, 其中前翅识别率则达92%, 同时取得了理想的时间性能。试验结果证明了本文方法的有效性。     

单分子光镊技术在生命科学中的应用

单分子光镊技术是近年来发展起来的一种新型的高分辨率光学技术,可以在单分子水平上实时观测并研究生物大分子或复合物相互作用的动态行为。光镊次毫秒级的时间分辨率和皮牛顿的力分辨率可使我们精确获得中间态、折叠速率(两态迁移速率)、作用力、能量、距离等重要的动力学信息;不同于传统的结构生物学方法,光镊实验是在生理条件下进行的,这些优势都使得光镊技术成为生物物理学领域一项不可或缺的技术手段。该文将主要针对这项单分子光学技术的原理及其在生物动力学上的应用和发展前景作简要介绍。