光电技术在生物医学中的应用——现状与发展

简要介绍光电技术在生物医学应用中的发展概况,从基因表达与蛋白质—蛋白质相互作用研究方面,重点讨论了生物分子光子技术的特点与优势,阐明基于分子光学标记的光学成像技术是重要的实时在体监测手段,最后简要讨论了医学光学成像技术在组织功能成像和脑功能成像中的应用原理。

毛细管电泳--多光子激发荧光检测分析生物胺

构建了毛细管电泳-连续光多光子激发荧光检测系统并应用于生物分析.对几种常见生物胺,如腐胺,尸胺,组胺,精胺,亚精胺和苯乙胺的分析结果表明,该系统具有分离效率高、质量检测灵敏度高和低消耗等特点,适于复杂体系如生物样品的测量.定量分析显示,生物胺的检测限在nM级,线性范围超过2个数量级,进一步将多光子激发荧光检测与传统单光子激发荧光检测结果对比,发现前者还具有改善分离选择性的优势.

基于Java和XML的系统生物学可视化建模系统

论文讨论了用系统生物学建模语言描述生化反应和基因调控网络模型的方法,设计并实现了系统生物学建模系统BioDesigner。最后利用BioDesigner有效地描述了最小钙振荡模型,并用仿真软件验证了模型的正确性。

基于工作流的医学图像三维可视化平台

针对当今医学影像领域的软件工具包普遍缺乏有效的算法集成机制和友好的用户图形界面的情况,采用 Java 2平台企业版(J2EE)的体系结构开发了一种基于工作流的医学图像三维可视化平台——POMI。在该平台上实现了一个切片数据重建及可视化模块,该模块以工作流机制集成了一系列算法和可视化工具。利用该模块完成了对虚拟中国人的部分切片数据分析、三维重建以及结果的可视化。基于 POMI 平台这种易于集成数据源和算法工具的高可扩展性结构,可以为医学影像技术领域的研究人员提供一个理想的集成分析平台。

基于Web信息自动获取构建生物信息二级数据库

提出并实现了一种具有较高自动化程度的生物信息二级数据库构建方法。其中，通过代理程序自动获取Web信息，实现数据库的数据收集和自动更新；采用XML描述核酸和蛋白质数据，方便对语义的机器解析。

活体细胞内双光子激发的光漂白特性

长波长光的强穿透能力和对活体细胞和生物组织光毒性很小的特性 ,使得双光子激发荧光显微术已经成为无损伤成像的重要工具 .可是双光子激发的高光子密度可能会产生高次光子相互作用 ,从而产生更快的光漂白 .从实验上研究了离体和活体细胞内的若丹明 12 3和若丹明B分别在单光子激发和双光子激发时的光漂白特性 .在体的实验结果与离体的实验结果一致 .正如期望的一样 ,单光子激发时光漂白速率非常近似地随着激发功率的增加而线性增加 .可是 ,双光子激发时的光漂白速率并不是正比于激发功率的平方 ,而是正比于激发功率的高次方 (>3 5 ) .对绿色荧光蛋白 (GFP)变异体CFP和YFP的实验也得到同样的结果 ,这就表明高次光漂白可能是双 (多 )光子激发中的普遍现象 .因此多光子的应用可能会受到强光漂白的限制 .

光学弱相干层析成像进展

光学弱相干层析成像技术结合了共焦、弱相干、光外差及扫描层析成像等技术的优点，可实现无损伤、在体检测，具有较高的探测灵敏度和分辨率，可望在生物组织活检中获得广泛应用。本文在讨论ＯＣＴ基本原理的基础上，介绍了ＯＣＴ系统的若干应用，如龋齿、体内器官粘膜的成像检测和对血管结构与血流动力学的成像检测等。

时间分辨技术测量高散射介质光学参量

采用曲线拟合反演算法来恢复时间分辨系统中的真实光脉冲信号 ,从中可提取出介质光学参量 在模拟人体组织光学参量的模型介质试验中 ,利用时间相关的单光子计数系统测量光子的逸出曲线 。

基于单片机的双积分球组织光学特性参数测量系统

研制了基于 5 1单片机和相敏检测模块 CD5 0 5 R2的双积分球组织光学特性参数测量系统。阐明了该系统的工作原理、硬件组成和软件设计 ;通过对标准样品 (Intralipid,Evans Blue)光学特性参数 (6 32 .8nm )的测试 ,证明了该系统具有精度高、操作便捷、性价比高的优点。

近红外光学成像技术及其在神经科学中的应用

近红外光学成像技术是近年发展起来的一种动态检测脑功能的方法。采用这种技术可以测量在脑活动时氧合血红蛋白、脱氧血红蛋白和细胞色素氧化酶等的变化 ,同时得到与刺激相关的细胞内和细胞外活动的改变。近红外光学成像技术的时间分辨率较高 ,并具有简便易行、价格低廉和无损伤性等特点 ,有望可以同时检测神经元活动、能量代谢以及血液动力学的变化。目前它已作为检验功能性磁共振成像原理的一种方法 。

活细胞内5-羟色胺可见荧光的多光子激发成像

应用多光子激发激光扫描显微镜对 5 羟色胺 (5 hydroxytryptamine ,5 HT)孵育的大鼠粘膜型肥大细胞进行自发荧光成像 ,首次观察到了活细胞内 5 HT相关的可见荧光 ,并对其产生机理进行了初步探讨 .实现了对活细胞内 5 HT空间分布的高分辨成像 ,为研究活组织或细胞内 5

对药物作用下大鼠肠系膜上区域性血流变化的实时动态光学监测

采用激光散斑成像方法,监测了对去甲肾上腺素作用前后大鼠肠系膜上区域性的微循环血流变化。结果表明:在去甲肾上腺素作用下,3min后,肠系膜上微循环的血流逐渐减慢,小静脉比小动脉流减慢得更为明显,5min后部分血管中的血流开始恢复,小动脉恢复速度较快。这些提示,激光散斑成像方法在无需扫描的条件下,可同时获得肠系膜上区域性血流的时空间变化特性,为微循环研究提供一种对区域性流速变化进行监测的新方法。

基于统一接口的生物信息Web服务研究及应用

生物信息学对人类进步具有深远影响,Web服务在该领域的开发及应用水平已成为制约其发展的一个重要因素。文章通过增设角色来规划、设计统一接口,并利用WSDL和UDDI建立统一接口,对Web服务的体系模型进行了改进,并详细分析了基于统一接口具体开发及应用Web服务的各个环节。

脑皮层功能活动与病理状态光学检测方法研究进展

光学成像方法具备高时间、空间分辨率和多参数的信息获取能力,在神经科学研究中发挥着重要的作用,受到广泛关注。简要介绍和评述了用于脑皮层功能检测的主要光学成像方法,并重点讨论了其中两种方法——内源光信号成像与激光散斑成像的基本原理、技术进展,以及在脑功能活动与病理状态检测中的应用。

多光子成象术中深层图象损耗恢复的研究

本文在分析混浊介质对共焦三维扫描图象衰减的基础上 ,建立了多光子激发荧光扫描的深层图象恢复的数学模型 .依照此模型对深层图象进行依赖组织光学参量的恢复 ,并给出了猪表皮三维扫描成象的恢复图象 .

多光子激发随机扫描显微成像软件系统仿真

多光子激发随机扫描显微成像系统将为神经功能成像提供一个有效工具而成为研究热点,但成像软件系统的研制是其难点之一。分析了多光子激发随机扫描显微成像的实验流程,在VC6.0开发平台下,对飞秒激光扫描控制和荧光信号采集,全视场图像重构,感兴趣区域选取,图像和信号曲线动态同步显示等主要功能进行了软件仿真,对开发完整的多光子激发随机扫描显微成像软件系统具有重要的参考价值。

多光子激光扫描成像技术对活细胞内淀粉样前体蛋白裂解和β-淀粉样蛋白生成的观察(英文)

目的在活细胞内探究淀粉样前体蛋白(amyloid precursor protein,APP)的裂解和p一淀粉样蛋白(amyloid beta,Aβ)的生成机制。方法利用PCR扩增CFP(编码蓝色荧光蛋白),YFP(编码黄色荧光蛋白)和C99(编码APP最后99个氨基酸)三片段。含有54个碱基(编码APP中间18个氨基酸)的片段54bp由生物公司合成。CFP,YFP,54bp和C99四个片段连入载体质粒pcDNA3.0得到重组质粒pcDNA3.0-CFP-54bp-YFP和pcDNA3.0-CFP-54bp-YFP- C99。将这两个重组质粒分别瞬时转染SH-SY5Y细胞。利用多光子激光扫描显微镜观察融合基因的表达,荧光共振能量转移(fluorescence resonance energy transfer,FRET)检测APP的β裂解。免疫细胞化学和多光了激光扫描显微镜观察Aβ的生成。MTT检测转染细胞活性。结果(1)限制性内切酶双酶切消化和测序分析鉴定重组质粒序列完全正确。(2)转染细胞内可以观察剑蓝色平和黄色荧光。(3)在pcDNA3.0-CFP-54bp-YFP转染细胞中存在FRET现象;在pcDNA3.0-CFP-54bp-YFP-C99转染细胞中观察不到FRET现象。(4)免疫细胞化学和多光子激光扫描显微镜观察到在pcDNA3.0-CFP-54bp-YFP-C99转染的细胞中有Aβ的牛成。(5)Aβ的沉积广泛分布于细胞内。(6)随着Aβ在细胞内的产生和聚集,细胞的活性逐步下降。结论C99对于APP的β裂解非常重要。早期Aβ首先在细胞内生成并在细胞内形成广泛沉秋。细咆内聚集的Aβ会影响细胞活性,带来不利结果。

供体与受体双光子激发吸收截面比值的测量

针对供体和受体浓度比恒定为1:1的供体受体对,提出了一种利用荧光共振能量转移(FRET)原理测量受体和供体双光子激发吸收截面比值的新方法.由于采用双通道荧光比率测量技术,该方法消除了荧光基团浓度、激发光强度波动、激发区域的不均匀性以及随机杂散信号等因素对测量的影响.利用该方法在活体HeLa细胞中测量了钙离子探针Cameleon(YC2.1)中的受体YFP和供体CFP在710～930nm波长范围内的双光子激发吸收截面之比。

用于组织光学特性参量测量的改进型双积分球系统

研制了一套改进型的双积分球系统 ,通过对光源功率的监测 ,可以准确获取生物组织的光学特性参量 .文中详细阐明了该系统的组成、原理、测量技术及获取光学特性参量的逆加折叠方法 ;并分两种情况 ,即用改进型的双积分球系统及常用的双积分球系统分别对内脂与细粒蓝的光学特性参量 ( 6 3 2 .8nm)进行了测量 ,结果表明改进型系统能很好消除光源波动对测量所带来的影响 ,所测量的数据更准确 。

一种光学显微自动聚焦系统设计与实现

针对普通CCD拍摄的低对比度生物样品图像,设计并实现了一种以PC机为控制核心的光学显微镜自动聚焦系统。系统采用弹性联轴器与显微镜调焦轴直接耦合的方式,结合细分驱动,有效地消除了传动机构的回程差,提高了聚焦控制精度。在对几种常用图像清晰度评价算子进行分析的基础上,证实了图像自相关算子是评价低对比度生物样品图像清晰度的有效算法。实验结果表明,该系统自动聚焦的准确度和实时性基本上满足生物学研究的需要。