近红外漫射光在人体组织中的传播及探测器排布研究

为了研究漫反射光谱法在检测内部组织有效信息方面的径向最远探测距离和合适的探测器排布方式,构建了人体皮下组织模型,利用蒙特卡罗(MC)方法对760 nm近红外光在组织中的传输过程进行了模拟。根据不同组织的光学特性,建立了脂肪-肌肉双层MC模型。在模型中,通过调整脂肪和肌肉双层组织的垂直厚度模拟了双层组织的多种情况,分析了不同情况下、不同距离处逃逸光子的分布、数量和剩余权重。结果表明,在该模型下,将探测器排布在距离光源大约3 cm或更近的位置,采集到的光子信号可以有效体现组织内部的信息。基于MC模拟的结果,分析设计了三种可应用于无创血流或血氧检测的探测器排布方式。通过比较发现,多光源-多探测器混合排布设计不仅可以更有效地收集组织的漫射光,提供更均匀的光子分布,而且相较于单光源-多探测器,该设计可以最大限度地利用探测器的数量实现对组织同一深度更大面积的检测。这为设计近红外血流或血氧无创检测光谱仪器提供了思路。

黑磷半导体光物理及应用研究进展

与其他二维材料相比,二维黑磷具有较高的载流子迁移率、宽可调带隙和面内各向异性等特点,在晶体管、光子学、光电子学、传感器、电池和催化等领域引起科学家的广泛关注.然而,黑磷在自然环境条件下的不稳定性以及大面积、高质量半导体黑磷纳米材料制备的局限性严重滞缓了其在纳米器件、催化以及生物光子学领域的快速发展.本工作总结了近年来高稳定性黑磷纳米材料的可控制备和光学性质,重点突出其在光电探测器、非线性和线性光学、光催化和生物光子学等光学应用方面的研究进展,并对黑磷在未来光电子器件、光催化以及生物光子的挑战及机遇做出相应展望.

基于人脸视频的非接触式心率测量系统研究

心率作为一项重要的生理特征信息,在医疗诊断方面有着不可替代的作用。非接触式心率检测无须与测试者直接接触即可测量出心率,避免了传统心率测量时测试者长时间接触仪器造成的不适,且成本更低,便携性更好。文章提出一种结合ICA和小波变换的算法,对摄像头输入的人脸视频依次进行颜色空间转换、降噪、时频域变换等操作,并搭建了一个基于人脸视频的心率测算系统,针对不同指标设计了多个实验。实验结果表明,系统能够快速实时检测人体心率数据,实现非接触式心率检测,满足心率检测需求。

基于PPG信号的极简特征回归树血压估计模型设计

目的:提出一种基于光电容积脉搏波(PPG)的极简特征回归树血压估计模型。方法:从单路PPG信号中提取15个特征参数,利用斯皮尔曼相关系数筛选与血压相关性最高的4个参数,构建极简特征回归树血压模型。结果:极简特征回归树血压模型收缩压和舒张压的估计误差分别达到(-0.02±3.63)mmHg和(-0.04±2.10)mmHg。结论:提出的极简特征回归树血压模型结构简洁、准确率较高,这一发现对于在可穿戴设备中使用单路PPG信号进行血压估计具有重要意义。

乙醇溶液的荧光光谱及其特性的研究

分别从理论和实验上对紫外光激励不同浓度的乙醇溶液所产生的荧光光谱及其特性进行了分析研究。结果表明 ,在波长为 2 5 4nm的紫外光激励下 ,乙醇溶液可以产生较强的荧光 ,其峰值为 395nm ,经研究认为该荧光是由乙醇分子中C OH基团的孤对电子产生的。

甲醇和乙醇溶液光谱学特性的对比研究

通过对甲醇和乙醇溶液的吸收光谱和荧光光谱的研究,对应比较两种溶液的光谱,结果表明,两者的最长吸收波长差为15nm左右,荧光中心波长差为33nm左右,从而为准确区分甲醇、乙醇提供了直接的实验依据。根据分子结构理论,合理解释了两种溶液的光谱特性存在差异的原因在于羟基的位置排列上;由此提出了用最长吸收波长和荧光光谱中心位置的光谱特性来有效区分甲醇、乙醇分子的方法。此外,根据实验结果,推算出甲醇分子产生荧光主跃迁能级差为3.66ev,乙醇分子产生荧光主跃迁能级差为4.05ev,这些数据可为理论计算提供验证参考。

乙醇溶液的荧光光谱研究(英文)

分别从理论和实验上对乙醇水溶液在可见波段产生的荧光光谱及其特性进行了分析研究 结果表明 ,在波长为 2 5 3.7nm的紫外光激励下 ,乙醇溶液可以产生两个较强的荧光峰 ,即 2 78～ 4 93nm和 5 34～6 6 5nm 荧光峰随乙醇溶液浓度的变化而变化 ,但在溶液的高浓度区和低浓度区 ,荧光的变化规律不同 经理论分析认为 ,乙醇在 2 5 3.7nm的激励下发出的荧光是由乙醇分子中C OH基团的孤对电子产生的

甲醇溶液吸收光谱与荧光光谱的研究

采用紫外光度计和多功能光谱系统对甲醇溶液的紫外吸收光谱和紫外光激励下产生的荧光光谱进行了研究。研究结果表明,甲醇溶液能较好的吸收波长短于260nm的紫外光,且随着溶液体积分数的变化,荧光强度的变化呈现出一定的规律;甲醇分子吸收入射光光子的能量后向外发射峰值位于340nm处的荧光,随着激励光波长的变化,甲醇溶液发射荧光光谱略有差异。对甲醇分子吸收和发射光谱的机理进行了理论研究。该研究结果将为甲醇微量含量的测试提供理论依据,为甲醇分子的诊断技术提供参考。

温度对叶片延迟发光的影响

以绿宝石喜林芋叶片为材料研究了不同温度对叶片延迟发光和超氧物歧化酶(SOD)、脂氧合酶(LOX)活性的影响.结果表明:随温度的升高,延迟发光的衰减系数先增加后减小,在15℃时有一最大值;延迟发光的最大强度也会随温度的不同而发生改变,当温度达到50℃时,叶片基本上不再具有延迟发光的特性;SOD,LOX活性与延迟发光之间存在极为密切的关系.

苹果成熟过程中超弱发光强度与果实跃变的关系

用 1甲基环丙烯 (1methylcyclopropene,1MCP)和乙烯利两种化学药剂 ,测定了红富士苹果果实超弱发光强度的变化及与乙烯释放、呼吸的关系。结果显示 ,各处理果实超弱发光强度的变化与呼吸、乙烯释放速率的变化趋势相似 ,均有明显的高峰出现 ,且出峰时间一致。乙烯利处理加速了果实软化 ,使果实超弱发光强度峰值出现时间提前 ,并加速了果实跃变后超弱发光强度的衰减 ;1MCP处理延缓了果实的衰老 ,使果实超弱发光强度峰值推迟 ,并减弱了峰值过后超弱发光强度的衰减。超弱发光强度能反映富士苹果成熟过程中代谢的变化。

UV-B诱导的大豆愈伤组织超弱光子辐射的动力学分析

为了研究细胞超弱光子辐射的动力学特征及其所揭示的生物学意义,用20μW/cm2UV-B辐射大豆愈伤组织2h,测定停止辐射后4d内大豆愈伤组织在LED光诱导下的延迟发光.通过建立延迟发光动力学方程和数学拟合得到了大豆愈伤组织超弱光子辐射中的延迟发光积分强度、初始光子数、衰减参数和自发发光,讨论了这些发光动力学参数的生物学意义.研究结果表明,在停止UV-B辐射后的4d内,大豆愈伤组织的光诱导延迟发光服从双曲线弛豫.动力学分析发现,延迟发光积分强度和初始光子数随处理后时间的进行呈现波动变化,停止UV-B辐射后,自发发光和丙二醛(MDA)含量均呈现升高的趋势,在辐射后2d附近达到峰值,此后同步下降.用延迟发光积分强度和自发发光的比值定义细胞的状态参量Q和序参量R,发现UV-B辐射后大豆愈伤组织细胞Q值或R值的变化反映了UV-B辐射对大豆愈伤组织细胞的损伤以及细胞的恢复过程.

用CCD测量生物组织的漫反射率和透射率

介绍CCD实验装置和用C语言开发的CCD图像分析系统 ,测量和分析了新鲜猪脂肪和猪肌肉空间分辨的漫反射率和透射率 ,将测量结果与MonteCarlo模拟结果以及基于漫射理论的两个模型的结果相比较 ,结果表明在距离光束中心 12mm的范围内理论结果与实验结果符合得较好。结论是用CCD测量装置以及作者所开发的图像分析系统可以用于测定生物组织的漫反射率和透射率 ,这项测量为生物组织光学参数的无损和快速测量提供了实验依据。

多层生物组织中的光分布研究

利用蒙特卡罗方法模拟了五层皮肤组织中光的传输和分布情况 .将准直的高斯光束和平圆光束垂直入射于皮肤组织表面 ,得到了径向分辨的漫反射率 R(r)和漫透过率 T(r)、角向分辨的 R和 T随着角度α(光子出射方向和组织表面法向的夹角 )的一维变化关系 .也得到了吸收能量密度 A和组织内光能流率 F随组织厚度 z和 r的二维变化关系 。

253.7nm光辐照乙醇溶液荧光光谱分析

研究紫外光诱导不同浓度乙醇溶液的紫外光谱和荧光光谱,并对其产生机理和谱线特性进行探讨。实验结果和理论分析表明,当用紫外光照射乙醇溶液时,乙醇分子对253.7 nm的紫外光产生吸收,并在400 nm附近辐射出荧光;紫外光诱导不同浓度的乙醇溶液的荧光光谱特征几乎相同,只是荧光强度有较大变化。研究结果将为乙醇作为有机溶剂、催化剂、猝灭剂时对其它大分子产生荧光光谱及其特性的研究提供参考。

光系统Ⅱ捕光复合物中能量传递动力学研究

采用时间分辩荧光光谱技术研究捕光色素复合体 (LHC )荧光的时间光谱特性 .以脉宽为 1 2 0 fs、重复率为 82 MHz、波长为 3 60 nm～ 42 0 nm激光激发 L HC 样品荧光 .原始信号经过数据处理 ,多指数拟合 ,解得了能量在 LHC 中传递的时间常量分别为 3 2 0±1 0 fs、4.0± 0 .1 ps、2 0 .0± 0 .1 ps.相对应的各组分荧光占总荧光的百分比分别为 3 .4%、5 0 %、46.6% .经过全局分析 ,解得荧光强度随波长变化曲线 ,其三个峰值波长分别为65 2 nm、673 nm、692 nm(以去离子水为悬浮液 )和 65 8nm、687nm、70 0 nm(以酒精为悬浮液 ) .根据 LHC 结构以及荧光的时间、光谱特性分析 ,认为 3 2 0± 1 0 fs的时间组分属于一个单体内同一膜平面中 Chlb→Chla的能量传递时间 ;4.0± 0 .1 ps的时间组分属于同一单体中不同膜平面间 Chlb→Chla和 Chla→ Chla的能量传递时间 ;2 0 .0± 0 .1 ps的时间组分属于不同单体之间、不同三聚体之间 Chla→

利用光诱导延迟荧光的植物盐胁迫生理监测

利用自制的便携式延迟荧光(Delayed Fluorescence,DF)探测系统,以早熟18号大豆品种为实验材料,研究了盐胁迫对植物叶绿体DF特性的影响.结果发现在单纯的盐胁迫和盐胁迫伤害程度被调控缓解时,绿色植物叶片光诱导DF强度的变化都能很好地反应植物叶片光合性能的变化.因此,可以用DF强度的变化来表征盐胁迫对植物的伤害程度.

渗透胁迫下萌发小麦种子超弱光子辐射的变化及意义

为了将生物超弱光子技术应用于萌发过程中小麦种子的抗旱性评价,采用聚乙二醇处理萌发的小麦种子,跟踪测量了正常和渗透胁迫下小麦种子萌发过程中的超弱光子辐射,得到了小麦种子萌发过程中超弱光子辐射的自发发光和延迟发光信号.通过建立延迟发光动力学方程和数学拟合获得了种子萌发过程中延迟发光初始光强I(0)、衰减参量β、相干时间τ和延迟发光积分强度I(T),根据延迟发光积分强度和自发发光的生物学意义构建了用于描述细胞状态及其有序性的状态参量和序参量.实验结果发现:小麦种子萌发过程中,自发发光和延迟发光积分强度呈现阶跃式增长,细胞系统的状态参量和序参量也呈现阶跃式的增长,渗透胁迫抑制了这种增长,提示基于光子辐射的细胞系统的状态参量和序参量有可能作为种子抗旱性评价的物理指标.

S-构型转化对卵白蛋白微观结构的影响

采用圆二色谱(CD)、X射线衍射(XRD)、ANS荧光探针和紫外光谱(UV)研究了S-构型转化对卵白蛋白微观结构的影响。结果显示,不同诱导时间处理的卵白蛋白二级结构的α-螺旋,β-折叠,β-转角和无规卷曲之间相互转化,α-螺旋略有减少,β-折叠相应增加,分子有序性提高;S-构型转化后卵白蛋白晶体结构增加,72h处理后结晶区最大,说明蛋白结构的有序性提高,与CD分析结果一致;卵白蛋白的表面疏水性随诱导时间的延长而增强,72h处理后达到最大值;S-构型转化使卵白蛋白分子表面具有紫外吸收的芳香氨基酸残基包埋于分子内部,导致最大紫外吸光值随诱导时间的延长而下降。研究表明,卵白蛋白的微观结构变化与S-构型转化有关。

最小二乘法分析自体荧光光谱识别胃癌

对42例胃癌离体标本的癌浆膜和正常浆膜进行以308 nm为激发光的自体荧光光谱测量,将得到的光谱进行平滑和面积归一,发现这两组有相似性,但又存在差别。对处理后的光谱数据再标准化,用偏最小二乘法(PLS)进行计算,最终将这两组区分开来。该方法区分癌组织与正常组织的敏感度为83.3%,特异度为95.2%,阳性预测度为94.6%。该方法识别胃癌的价值高于传统的光谱分析方法,为光谱分析提供了一种快速、有效的选择。

脉冲电场对渗透胁迫下玉米幼苗自发光子辐射的影响

为了揭示极低频脉冲电场(extremely low frequency pulsed electric field,ELF-PEF)对作物幼苗抗旱性的影响及其机理,采用渗透势为-0.1MPa的PEG-6000溶液对玉米幼苗形成生理干旱,研究了1Hz脉冲电场对渗透胁迫下玉米幼苗生长和自发光子辐射的变化。结果表明,在-0.1 MPa的渗透胁迫下玉米幼苗根系和叶片鲜质量缓慢增长,玉米幼苗种胚的自发光子辐射表现出先增加后减小的趋势,幼苗根系和叶片的自发光子辐射也呈现出波动性的增长趋势;经过脉冲电场处理的玉米幼苗根系和叶片鲜质量始终高于(P<0.05)未经过脉冲电场处理的对照组,玉米种胚的自发光子辐射峰值出现的时间比对照组早(P<0.01),峰值辐射强度也比对照高(P<0.01),玉米幼苗根系和叶片的自发光子辐射都有所增强(P<0.05),在渗透胁迫初期脉冲电场处理对玉米幼苗叶片自发光子辐射的增强效应非常显著(P<0.01)。研究结果为揭示极低频脉冲电场对作物幼苗抗旱性的影响机理提供参考。