生物光子成像专题序言

本专题刊由八篇有关生物组织光学成像方面的邀稿 (Invited papers)及一些常规文章组成。近年来 ,在高散射介质中 (尤其在生物组织中 )光输运问题被越来越广泛和深入的研究。这些研究可以开发一些新的无损而又廉价的医学光学成像技术。光学成像因其可以提供生理学功能型的医学影像 ,而引起学术界广泛的关注。光学成像主要包括漫射光断层成像、相干光断层成像 (OCT)、早到光子技术、超声调制技术、磁光调制技术、偏振调制技术、漫射光断层成像等等方面。另一方面 ,荧光标记成像、单分子探测等等手段 ,拓展了研究范围 ,提供了更多的处理方法…     

PET技术及应用

简述了PET的原理和系统;PET运用标记生命物质C,H,O,N的放射性同位素—正电子发射核素,所以PET可以在不影响生物体生理功能的情况下,快速、实时显示活生物体(包括人体)的代谢过程等生命活动。讨论了PET在肿瘤学、神经系统疾病和脑功能研究、植物生理功能研究中的应用问题。     

磁应用在神经科学领域的新发现

这些年来,扫描技术已经探明执行不同任务时大脑的活动分布区域。来自磁共振功能成像的最新发现是：①当人们试图同时做两个不同的用脑行为时(如同时理解话语和观看空中旋转的物体),用于每项任务的脑活动量将少于单独进行一项任务时的脑活动量,所以开车时不准打手机这一规定是有神经学依据的。②欣赏音乐时,音乐家比非音乐家能更充分地利用大脑中的语言处理功能区。③具有物体识别功能的侧枕骨复合体,对物体的整体形状而非其各组成部分做出反应。     

荧光共振能量转移效率的实时定量测量

荧光共振能量转移（FRET）广泛用于研究分子间的距离及其相互作用,与荧光显微镜结合,可定量获取有关生物活体内蛋白质、脂类、DNA和RNA的时空信息。随着绿色荧光蛋白（GFP）的发展,FRET荧光显微镜有可能实时测量活体细胞内分子的动态性质。提出了一种定量测量FRET效率以及供体与受体间距离的简单方法,仅需使用一组滤光片和测量一个比值,利用供体和受体的发射谱肖除光谱间的串扰。该方法简单快速,可实时定量测量FRET的效率和供体与受体间的距离,尤其适用于基于GFP的供体－受体对。     

三维电子显微镜方法进展

从生物样品（细胞或大分子）的电镜图象重组其三维结构的方法近年取得了重大进展,这是冷冻电镜样品制备、电镜设备、图象处理和分析方法等几方面进步的综合结果。三维电镜方法的进步和完善,使细胞和学家得以了解在复杂的细胞过程中各种相关细胞器之间的空间关系,而使分子生物学家不仅可以研究那些能够形成二维结晶的样品,并为分析具有重要生物功能但不能形成二维结晶的大分子或分子聚休物的结构提供了一种强大的手段。     

三维人体虚拟内窥的发展与理论研究

虚拟内窥镜是用计算机处理CT或MRI获取三维医学数据,以获得类似用标准内窥镜观察病人内部器官过程观察效果的一种诊断的新方法.对它的起源、优点、原理作了一个较全面的综述.介绍了虚拟内窥镜的技术组成,分析了研究开发虚拟内窥镜技术的难点.对三维人体虚拟内窥系统进行了深入的理论分析和研究,建立了虚拟摄像机几何模型和定位方法.根据人体的三维影像数据,以不同分辨率对虚拟人体进行不同角度的观察.然后实现虚拟内窥结果的可视化,研制出基于微机的虚拟内窥系统和对三维人体影像数据虚拟内窥的结果.对虚拟内窥镜的发展、应用和前景做了展望,虚拟内窥是实现医学虚拟诊断、虚拟治疗和虚拟教学的很有前途的手段之一.     

柯萨奇B1病毒VP1基因片段原子力显微镜成像分析

用原子力显微镜(AFM)观察线性DNA并探讨其成像条件。用RT-PCR技术扩增柯萨奇B1病毒VP1基因DNA片段,纯化回收后配制成含和不含1mmol/LMgCl2的水溶液,DNA终浓度为100μg/ml。分别取20μl滴加在新鲜解理的云母片上,吸附1min,用滤纸吸去残液,氮气吹干,在室温下采用MultiModeAFMNanoscopeⅢa的敲击模式成像。同时比较新制备的和多次使用过的探针所获得图像的质量,对两种探针进行扫描电镜观察。电泳证明获得了0.83kb的VP1基因DNA线性片段。Mg2+存在时,DNA在云母片上吸附延展较好,所获图像质量优于无Mg2+时。新制备的探针较多次使用过的探针所获图象分辨率更高。DNA分子的表观宽度为18±2.9nm,高度为0.8±0.2nm。说明AFM能以高分辨率直接观察DNA分子,Mg2+的存在和高质量的探针有助于获得理想的图象。     

基于金属配合物的生物小分子发光探针研究进展

生物体内存在各种内源性活性物质,帮助生物进行信号传递与代谢调控。正常条件下,细胞环境不断变化,内源性小分子的时 空分布在生物体内保持动态平衡。但当它们的种类和浓度超过生理过程所需的限定范围时,就会影响细胞活性,进而导致疾病,甚至 是肿瘤和癌症的发生。因此,这些活性物质在体内活动的实时追踪及可视化对人们理解生命现象、研究疾病发生机制十分重要。与传 统有机染料相比,金属配合物发光(荧光/磷光)探针因光稳定性好、生理功能易调控等优势,已成为生物体系小分子活性物质示踪和 成像的研究热点。依照不同的作用靶点,对应用于生物体系的金属配合物探针的最新进展进行分类和总结,并展望金属配合物在生物 成像中的未来应用,以期可以为人们继续设计出新的具有良好示踪成像性能金属配合物探针提供参考,并从分子水平理解探针作用及 癌症治疗的机制。     

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.     

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。