靶向吲哚菁绿纳米探针介导的光声治疗

光声治疗是一种利用纳米材料的光声效应选择性破坏癌细胞的方法。本研究采用叶酸作为肿瘤靶向分子,以聚乙二醇包裹吲哚菁绿形成纳米粒子(ICG-PL-PEG-FA),利用此纳米粒子在近红外区的光吸收特性,开展光声治疗研究。实验结果表明,这种叶酸标记的纳米探针对高表达叶酸的EMT6细胞具有高靶向选择性和靶向光杀伤性。这种基于包含吲哚菁绿纳米探针的光声治疗将有潜力发展为一种安全,高效的癌症治疗技术。     

基于光学相干检测的非接触全光学光声显微镜

报道了一种非接触、宽频带、联合微型激光器和低相干迈克尔逊干涉仪的全光学光声显微镜(BD-AOPAM)、光学相干层析系统(OCT)的硬件用于光声信号的检测。目前全光学光声显微镜可检测到的带宽为67 MHz,用碳纤维测得系统的横向分辨率可以达到10.8μm。进一步的,利用包埋头发丝的模拟样品和在体小鼠耳朵血管来验证系统的成像能力。实验结果表明,这种全光学光声显微镜可以在体的实现组织高分辨率的成像,有望成为一种便携式非接触的光声显微镜应用于生物医学当中。     

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。     

半导体型单壁碳纳米管用于近红外二区(NIR-Ⅱ)深层组织光声成像

传统光声成像外源对比剂的光吸收主要集中在可见光区和传统近红外区(NIR,750～900 nm),开发具有更高光学组织穿透能力的近红外二区(NIR-Ⅱ,1 000～1 700 nm)光吸收外源对比剂对活体深层组织光声成像具有重要意义。本文中,作者选取了光吸收峰在1 000 nm左右的半导体型单壁碳纳米管为近红外二区光学吸收外源对比剂,测试了其在近红外二区激光激发下能够产生较强的光声效应。进一步地,作者通过将该纳米材料包埋在仿体组织的不同深度的位置,获得了仿体组织的深层光声成像,成像深度可达1.5 cm。试验结果表明,具有近红外二区光吸收能力的半导体型单壁碳纳米管在活体深层组织光声成像中有很大的应用潜力。     

后掩蔽效应对大棕蝠下丘神经元声反应的影响

以回声定位蝙蝠为模式动物,采用在体动物细胞外单位记录法,研究了后掩蔽效应对下丘神经元声反应的影响。结果显示,部分神经元(38％,12／31)对测试声刺激的反应明显受到掩蔽声的抑制,其后掩蔽效应强弱与掩蔽声和测试声的相对强度差(inter-stimulus level difference,SLD),以及测试声与掩蔽声之间的间隔时间(inter-stimulus onset asynchrony,SOA)有关：当掩蔽声强度升高或测试声强度降低时,后掩蔽效应增强;而SOA的缩短,亦可见后掩蔽效应增强。另外,相当数量的神经元(52%,16／31)对测试声刺激的反应并不受掩蔽声的影响,其中有的神经元只有在特定SLD和SOA时,才表现出后掩蔽效应。而少数下丘神经元(10％,3／31)在特定SLD和SOA时,掩蔽声对测试声反应有易化作用。上述结果表明,部分下丘神经元参与了声认知活动中的后掩蔽形成过程,推测下丘神经元在定型声反应特性中,对掩蔽声诱导的兴奋前抑制性输入与测试声诱导的兴奋性输入之间的时相性动态整合起关键作用。     

基于直线电机连续-步进运动的快速光声显微成像系统

报道了一种利用直线电机连续-步进的扫描方式进行光声显微成像的系统,该系统在运动时走弓字型路线,其中直线电机在X轴方向上连续运动,在Y轴方向上以步进的方式运动,采集卡只在X轴电机运动的过程中连续采集。该成像系统较之前振镜扫描的方式扫描的范围更大,可达到厘米尺度范围内的生物组织光声成像;较之前的步进电机逐点扫描的方式扫描速度明显提高。同时本文采用电机带动光和超声换能器一同扫描的方式,较光和超声换能器不动电机带动样品扫描的方式更灵活。另外利用包埋碳丝的模拟样品和在体小鼠耳朵血管来验证系统的成像能力。实验结果表明,这种快速光声显微成像方法及其系统可以实现在体组织的高分辨率成像,有望成为一种无创、实时的光声显微镜应用于生物医学当中。     

声聚焦层析增强的三维微波热声成像

本文提出了一种提高微波热声断层成像层析能力的方法和装置.基于热声成像原理和声聚焦理论,搭建了由超短脉冲微波源、384阵元环形探测器、声聚焦透镜、384-64通道采集切换系统、精密扫描位移平台构成的微波热声三维成像系统,并实现了模拟样品的断层成像.实验结果表明该系统能够实现亚毫米级分辨率的热声成像,通过声聚焦方法成倍地提高了其层析分辨率.这对推动微波热声CT技术走向临床具有重要的意义.     

恒频-调频蝙蝠下丘神经元的恢复周期决定声脉冲跟随率

为探究恒频-调频蝙蝠下丘神经元恢复周期特点及其对声脉冲跟随率的影响,实验采用模拟的大蹄蝠(Hipposideros armiger)自然状态下的恒频-调频发声信号为声刺激,在5只听力正常的大蹄蝠上记录了下丘神经元的声反应和恢复周期(n = 93)．结果发现,根据神经元恢复率达50%时的双声刺激间隔(inter pulse interval,IPI),可将其分为长时恢复型(long recovery,LR;47.4%)、中等时间恢复型(moderate recovery,MR;35.1%)和短时恢复型(short recovery,SR;17.5%)．每种类型依据其恢复率随IPI增加而呈现的不同变化又可进一步分为单IPI反应区神经元,多IPI反应区神经元,以及单调IPI反应神经元．LR,MR和SR型神经元恢复率达50%时的平均IPI分别为(64.0 ± 24.8),(19.6 ± 5.8)和(7.1 ± 2.4) ms (P < 0.001),相对应的平均理论每秒声脉冲数分别为(18.2 ± 7.0),(55.4 ± 15.7)和(171.3 ± 102.9) Hz (P < 0.001)．结果提示,单IPI和多IPI反应区神经元具有特殊IPI反应特性,能对蝙蝠捕食和巡航期间所处的时相做出准确判断,而单调IPI反应神经元对IPI变化的敏感性较强,但时相判断性较差．另外LR,MR和SR型神经元恢复周期和理论脉冲跟随率的平均结果均能与这种蝙蝠回声定位期间3个时相的发声行为相匹配,且神经元恢复周期参与决定声脉冲跟随率,满足了蝙蝠巡航、捕食的行为学需要．     

噪音环境下花臭蛙求偶鸣声特征分析

2012年7月份,在黄山浮溪地区利用超声录音设备录制并分析了繁殖季节雄性花臭蛙(Odorrana schmackeri)个体的求偶鸣声。观察发现花臭蛙繁殖活动主要集中在7月中旬,繁殖高峰期活动无昼夜规律,全天均可见求偶鸣叫及抱对产卵等行为,并且多在浅水滩处活动。花臭蛙鸣声根据音节数和声谱特征可分为4种类型:即单音节音、婴儿音、双音节音和多音节断奏音,其中,单音节音、双音节音和婴儿音较为常见。利用Selena软件给出4种声音的语图以及各自对应的能谱图,利用Sound Analysis pro v1.2对单音节音、双音节音和婴儿音的鸣声特征参数进行定量分析,分析的声音参数包括鸣叫持续时间、音节数、音节持续时间、音节间隔、主频、脉冲率等。结果表明,花臭蛙鸣声的主频范围为1.8~4.5 k Hz(n=65)。鸣声不包括超声组分,主频峰值(3.1±0.7)k Hz,与前人电生理实验所得花臭蛙听觉敏感峰值一致,说明花臭蛙主要在这一频段进行通讯。对3种常见鸣叫音声音参数的单因素方差分析结果表明,双音节音与单音节音和婴儿音在声音持续时间上存在显著性差异(P0.01),双音节音和单音节音在第二谐波声强上也具有显著性差异(P=0.01)。花臭蛙的双音节音在3种常见鸣叫音中具有最长的持续时间,为(99.5±8.4)ms,故推测,双音节音为花臭蛙繁殖期主要求偶鸣声,并通过其鸣声时长的变化来体现自身品质的好坏。