兔血管对He—Ne激光的反射、透射、吸收系数和散射相函数的研究

本文运用光生物学、基础医学以及物理学的基本理论 ,探讨了兔血管组织的激光传播特性 ,定量测定了兔血管组织的激光传输参量。采用标准积分球测量了兔血管组织样品在 632 .8nmHe Ne激光照射下的透射率 (T)和反射率 (R) ,推算吸收率 (A)。并把分光仪改装为光散射测量装置 ,测量了 632 .8nmHe Ne激光照射下 ,- 90°～ 90°散射角范围内的散射相函数S(θ) ,计算平均散射余弦 μ。结果表明 :兔动脉对He Ne激光的漫反射率比静脉的大 (P <0 .0 1 ) ,而透射率却明显比静脉小 (P <0 .0 1 ) ,而动脉的吸收系数明显地比静脉要小 ,He Ne激光对静脉的穿透深度明显比动脉的要大。兔动脉和静脉对He Ne激光有较强的反向散射 (μa<0 .5 ,μν<0 .5) ,且静脉的反向散射明显较动脉的要强 ,其相应的散射相函数S(θ)有着明显的差别。兔动脉和静脉对He Ne激光的反射、透射、吸收系数及散射相函数等光学性质的明显不同提示在应用He Ne激光进行血管疾病的治疗时应加以考虑。     

高斯光束通过生物体混浊介质模型的测量

将各向同性的沸浊介质材料作为生物组织的光学模型,用2mw单模He-Ne高斯激光透过该混浊介质材料,测量透射率、偏振度及透射光强的分布,得到了偏振度（ν）与透射率（T）的关系曲线。当透射率T＜30％时,偏振度ν→0,高斯激光束透过混浊介质材料,受散射影响,光强偏离高斯分布,并提出了透射光强分布公式。     

水稻根的负向光性及其影响因素

用水培法观察水稻根的生长, 发现: (ⅰ) 水稻的种子根和不定根, 以及由这些根上长出的分枝根都有负向光倾斜生长的习性. 稻根的负向光倾斜度一般在25° ~ 60°之间, 通常高节位不定根的负向光倾斜度大于低节位不定根的, 更大于种子根的. (ⅱ) 稻根的负向光倾斜生长是由于根尖受光侧细胞的生长量大于背光侧细胞的生长量所致. (ⅲ) 感受光的部位是根冠. 对根冠遮光而给根其他部分照光时根的生长不表现出负向光性; 剥除根冠而保留根尖分生区和伸长区时根会失去负向光性; 剥除根冠而保留根冠原始细胞时稻根在新根冠长出时会恢复背光生长的习性. (ⅳ) 稻根的生长量和负向光倾斜度受光强影响, 在0~100 mmol/(m²·s)的范围内, 根的生长量随光强的提高而减少, 根负向光性角度随光强的提高而增大. (ⅴ) 在10℃ ~ 40℃的温度处理中, 30℃时稻根生长量和负向光性角度最大. (ⅵ) 蓝紫光能显著诱导稻根的负向光性反应, 而红光则无效. (ⅶ) 水培液中的生长素浓度对稻根的生长和向性反应有显著影响. 在0~100 mg/L浓度范围中, 随着生长素浓度的提高对根的伸长生长、负向光性和向重性反应的抑制程度加剧, 当生长素浓度≥10 mg/L时稻根的负向光性反应消失.     

Mueller矩阵在生物医学检测方面应用的实验研究

Mueller矩阵是公认的能很好地表述介质偏振特性的一种方法,由于散射光偏振在生物组织无创伤诊断技术等诸多领域中的重要应用价值,对组织散射特性的Mueller矩阵的研究成为国际上组织光学的热点之一。研究设计了一种新的测量Mueller矩阵的实验装置:斜入射正接收装置,并推导出一组后续数据处理的算法。由此所获得的Mueller矩阵空间分布图的清晰度不亚于其它所报道的,并且测量方法具有结构简单、方便、准确等优点。实验结果表明:入射角影响Mueller矩阵空间分布图;随着介质浓度的增大,随机介质后向散射Mueller矩阵各元素的空间分布图样减小;同时列举了真实生物组织样品(肌肉组织)的后向散射Mueller矩阵的实测结果,由此证明各向异性生物组织的后向散射Mueller矩阵各元素的空间分布图样与纤维的走向有关。     

钝顶螺旋藻在不同光照条件下的放氧特性

钝顶螺旋藻在持续照光和中等频率 (0.01~20 Hz) 的光/暗交替照光下的放氧特性对光生物反应器的设计和操作具有重要意义。构建了一套可实现光/暗交替的光生物反应器系统对此进行研究,结果显示：根据与放氧速率的关系,可以将光强分为4个区：光限制区 (0~335 μmol/(m2·s)),过渡区 (335~875 μmol/(m2·s)),光饱和区 (875~2 775 μmol/(m2·s)) 以及光抑制区 (2 775 μmol/(m2·s)以上)。提高光/暗频率能否提高微藻光合速率取决于所采用的光强和     

水稻根的负负光性（简报）

萌发的水稻种子,用金属丝固定后,排放在透光盛水容器的水面,从单侧方向给种子照光,稻种长出的种子根和次生根均向背光一侧倾斜生长,负向光倾斜角度一般在25°～40°之间,少数可接近45°.感受光的部位和发生倾斜生长的部位均在根尖.根的倾斜生长角度受连续强光促进,而根的生长量则受强光抑制.     

Al-(L-丙氨酸)胰岛素晶体学研究

应用微量过饱和静置法在含柠檬酸钠和氯化钠的晶体生长体系中得到适合Ｘ射线衍射分析用的Ａｌ－（Ｌ－丙氯酸）胰岛素单晶体。晶体属于三方晶系,空间群为Ｒ３晶体衍射分辨率可达１．８Ａ以上。晶胞参数：ａＨ＝８０．８９Ａ,ｂＨ＝８０．８９Ａ,ｃＨ＝３７＼６４Ａ,α＝β＝９０°,γ＝１２０°。每个结晶学不对称单位含有两个Ａｌ－（Ｌ－丙氨酸）胰岛素分子。     

生物组织光散射等效颗粒模型及Mie相函数计算

为研究生物组织的散射特性,将其从散射效果上等效为离散的球形散射体的集合,结合经典的Mie散射理论对生物组织散射相函数进行数值计算。计算结果表明:Mie散射相函数能够描述生物组织后向(大角度)散射光强振荡特性与等效粒径的对应关系,可为基于后向散射光的无创伤或微创伤诊疗提供理论依据;Mie散射相函数能够解释生物组织散射光空间分布与波长的相关性,为医学诊疗上入射光波长选择提供参考;合理选择集群散射体粒度分布参数,可实现对复杂生物组织散射相函数的精确描述。     

田间小麦叶片光合作用的光抑制

通过人为改变小麦旗叶与茎秆的夹角,比较了晴天田间小麦直立叶（１０°）与平展叶（９０°）光合作用光抑制程度的差别。在叶温高达３７．６℃、最高光强为１６００μｍｏｌ．ｍ＾－２．ｓ＾－１的晴天,田间小麦经午间强光照射４ｈ后,ＰＳⅡ光化学效率明显下降。     

混浊介质后向散射特性的Mueller矩阵实验测量

Mueller矩阵是一种公认的能很好地表述介质偏振特性的方法.由于散射光偏振在生物组织无创伤诊断技术等诸多领域中的重要应用价值,对组织散射特性的Mueller矩阵的研究成为国际上组织光学的热点之一.与现有测量Mueller矩阵的实验方法相比,斜入射正接收装置用来测量Mueuer矩阵是一个更加行之有效的方法,再结合一种新的算法来处理后续数据,由此所获得的Mueller矩阵空间分布图的清晰度不亚于其它文献的报道.这种测量方法结构更简单,具有测量更方便、准确等优点.结果表明:入射角影响Mueller矩阵的空间分布图.随着介质浓度的增大,随机介质后向散射Mueller矩阵各元素的空间分布图样减小.     

生物组织的折射和折射率

光在生物组织中的传播与组织的光学性质有关。光通过组织时,光强和光的偏振状态会发生变化。而折射率是组织光学用来评价组织改变光线行进方向的基本参量。本文以菲涅耳公式为理论依据,用空气一组织界面的反射率、生物组织薄膜的反射率和生物组织反射光的倔振分量,推算生物组织的折射率。     

传递函数在生物组织光传输问题中的应用

本文将传递函数的概念引入生物组织光传输问题,并将传递函数理论用于面光源照射下生物组织内特定深度层面上光场强度分布的理论计算。结合Monte Carlo模拟获取脉冲相应函数,我们分析了不同面光源照射下层状组织样品透射面上的光场强度分布。理论计算结果与实验测试结果的一致性较好,这充分说明了本文建立的基于Monte Carlo模拟的传递函数方法是一种处理面光源照射下生物组织内光场空间的直接而有效的手段。     

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。     

532 nm和808 nm激光及其线偏振激光辐照人正常膀胱与膀胱癌组织光学特性

采用双积分球系统和光辐射测量技术的基本原理 ,以及运用生物组织的光学模型 ,研究了 5 32nm和80 8nm激光及其线偏振激光辐照人正常膀胱和膀胱癌组织的光学特性 .结果表明 :膀胱癌组织对同一波长的激光或其线偏振激光的衰减明显较正常膀胱组织的要大 ,膀胱癌组织对 5 32nm和 80 8nm激光的衰减均较其线偏振激光的要略大一些 .膀胱癌组织对 5 32nm和 80 8nm激光及其线偏振激光的衰减明显较正常膀胱组织的要大 .正常膀胱或膀胱癌组织对同一波长的激光及其线偏振激光的折射率均没有明显的差异 ,膀胱癌组织对 5 32nm和80 8nm激光的折射率比正常膀胱的明显要大 .Kubelka Munk二流模型下 ,两种组织对同一波长的激光或其线偏振激光的光学特性均有显著性差异 (P <0 0 1) .同一组织对不同波长的激光及其线偏振激光的光学特性也有显著性差异 (P <0 0 1) ,正常膀胱组织对同一波长的激光及其线偏振激光的光学性有明显差异 ,而膀胱癌组织对同一波长的激光及其线偏振激光的光学特性则没有明显差异 .膀胱癌组织对 5 32nm和 80 8nm激光及其线偏振激光的前向散射通量i (x)、后向散射通量 j (x)、总散射通量I (x)的衰减均较正常膀胱组织的明显要大得多 ,且其i (x)均明显较j (x)要强     

Planktonic sea urchin larvae change their swimming direction in response to strong photoirradiation

To survive, organisms need to precisely respond to various environmental factors, such as light and gravity. Among these, light is so important for most life on Earth that light-response systems have become extraordinarily developed during evolution, especially in multicellular animals. A combination of photoreceptors, nervous system components, and effectors allows these animals to respond to light stimuli. In most macroscopic animals, muscles function as effectors responding to light, and in some microscopic aquatic animals, cilia play a role. It is likely that the cilia-based response was the first to develop and that it has been substituted by the muscle-based response along with increases in body size. However, although the function of muscle appears prominent, it is poorly understood whether ciliary responses to light are present and/or functional, especially in deuterostomes, because it is possible that these responses are too subtle to be observed, unlike muscle responses. Here, we show that planktonic sea urchin larvae reverse their swimming direction due to the inhibitory effect of light on the cholinergic neuron signaling>forward swimming pathway. We found that strong photoirradiation of larvae that stay on the surface of seawater immediately drives the larvae away from the surface due to backward swimming. When Opsin2, which is expressed in mesenchymal cells in larval arms, is knocked down, the larvae do not show backward swimming under photoirradiation. Although Opsin2-expressing cells are not neuronal cells, immunohistochemical analysis revealed that they directly attach to cholinergic neurons, which are thought to regulate forward swimming. These data indicate that light, through Opsin2, inhibits the activity of cholinergic signaling, which normally promotes larval forward swimming, and that the light-dependent ciliary response is present in deuterostomes. These findings shed light on how light-responsive tissues/organelles have been conserved and diversified during evolution.     

生物组织漫射光模拟计算的改进杂合模型

结合近源处Ｍｏｎｔｅ Ｃａｒｌｏ法的精确性和漫射理论计算的快速性,在用漫射理论计算漫反射系数时,采用了辐射对背半球的积分形式,即考虑光强度和通量两项对它的贡献,建立了基于Ｍｏｎｔｅ Ｃａｒｌｏ法－漫理论的更为精确、有效的改进的杂合模型,模拟计算了板状生物组织漫反射光的分布。结果表明,在保证高计算速度的前提下,进一步提高了计算精度;同时,此模型也适用于强吸收介质漫反射光分布的模拟计算。     

Weak biophoton emission after laser surgery application in soft tissues: Analysis of the optical features

Nowadays, laser scalpels are commonly used in surgery, replacing the traditional surgical scalpels for several applications involving cutting or ablating living biological tissue. Laser scalpels are generally used to concentrate light energy in a very small‐sized area; light energy is then converted in heat by the tissues. In other cases, the fiber glass tip of the laser scalpel is heated to high temperature and used to cut the tissues. Depending on the temperature reached in the irradiated area, different effects are visible in the tissues. In this study, we report the discovery and characterization of the light emitted by soft mammalian biological tissues from seconds to hours after laser surgery application. A laser diode (with hot fiber glass tip) working at 808 nm and commercially available for medical and dentistry applications was used. The irradiated tissues (red meat, chicken breast and fat) showed light emission in the visible range, well detectable with a commercial charge coupled device (CCD) camera. The time decay of the light emission, the laser power effects and the spectral features in the range 500 to 840 nm in the different tissues are here reported.      

Mathematical Models Light Up Plant Signaling

Plants respond to changes in the environment by triggering a suite of regulatory networks that control and synchronize molecular signaling in different tissues, organs, and the whole plant. Molecular studies through genetic and environmental perturbations, particularly in the model plant Arabidopsis thaliana, have revealed many of the mechanisms by which these responses are actuated. In recent years, mathematical modeling has become a complementary tool to the experimental approach that has furthered our understanding of biological mechanisms. In this review, we present modeling examples encompassing a range of different biological processes, in particular those regulated by light. Current issues and future directions in the modeling of plant systems are discussed.     

综述——新型纳米生物材料的研发：稀土上转换荧光纳米材料的制备与生物应用

近几年,稀土上转换荧光纳米材料作为新型的荧光探针受到研究者的广泛关注,其优势在于光化学稳定性好、发射谱带窄、荧光寿命长、Stokes位移大等．同时,它利用近红外激光器作为激发光源,组织穿透能力好、对生物组织的损伤小、几乎没有背景荧光,使其应用于生物活体荧光成像成为可能．本文主要综述了最近稀土上转换荧光纳米材料在制备与生物应用方面的研究进展．     

生物组织光传输理论概论

组织光学是一个光学与生命科学相互交叉相互渗透的新兴研究领域,其根本任务是为医用光子技术的发展提供理论基础。本文集中介绍了现有的生物组织光传输理论,它是组织光学研究的基本内容：同时评述了现有光传输理论,如漫射近似,Monte Carlo模拟等的优缺点及适用条件;最后,探讨了处理实际光传输问题时近似理论的合理选择问题。