荧光发射强度影响因素及荧光猝灭实验研究

荧光发射强度在荧光显微术科学观测中至关重要。理论分析了三大影响荧光发射强度的重要因素:分子吸收激发光光子的能力、荧光量子产量及其荧光饱和与荧光猝灭,指出选择具有大光吸收截面和高量子产量的荧光分子,能有效保证荧光发射强度;确定合理的激发光强度范围,可避免不必要的荧光饱和现象。进一步实验研究了超高真空和大气环境下的荧光猝灭现象,得出超高真空时荧光分子的荧光猝灭现象极不明显,而大气环境可造成荧光光强指数递减的结论。

基于虚拟仪器的实时单微粒跟踪系统设计

针对离线单微粒跟踪缺乏运动观测实时性、无法对单微粒运动状态进行快速反馈等问题,设计出一套能实时进行单微粒跟踪的系统。该系统以荧光单微粒成像系统为硬件基础,以LabVIEW为软件开发平台,将CCD荧光图像采集、荧光显微镜操作和单微粒跟踪运算融为一体,实现荧光图像采集与单微粒跟踪的并行执行和实时控制。在普通个人计算机上利用该系统对100帧连续随机运动的单微粒荧光图像的仿真和并六苯分子在云母基体的扩散实验研究表明,在运算图像高达百万级像素时,该系统可实现4~5帧/秒的跟踪速率。这对荧光标记大分子和有机体的扩散认知、分子马达运动特性研究和荧光有机分子薄膜生长机理解析等具有重要的意义。

纳秒激光在硅表面微结构加工及其荧光效应

本文自主研发设计了一套基于纳秒脉冲激光的加工系统,包括了控制单元、上位机图形软件、机械结构和光路系统。利用此系统,在单晶硅表面进行了微结构图形的加工实验,得到了较好的加工效果。借助卤素灯照明的显微镜和荧光显微镜对结果进行了进一步的观察分析,发现利用荧光显微镜进行观察,加工后的区域在特定波长照明光的照射下激发出荧光,可以清楚的看到加工结构的内部信息,边缘特征。说明纳秒脉冲激光可以改变硅材料表面的光学属性,这对进一步研究激光和硅材料的相互作用打下了一定的基础。

一种高精度的荧光单分子纳米级定位算法

荧光成像系统的技术指标、采集的荧光图像信噪比和单分子定位算法是影响单分子定位精度的3大因素.在介绍单分子定位的基本极限精度和理论计算精度的基础上,提出了一种被称为图像去噪高斯掩膜算法的单分子定位算法.依据实验用单分子成像系统的具体配置,通过计算机仿真表明,该算法良好的去噪处理和高斯加权质心运算方式,不仅能实现纳米级的定位精度,而且能突破一般理论计算精度的限制,接近基本极限精度,特别是在背景噪声较大的情况下,其优势更加明显.这对单分子的精确定位和跟踪、扩散方式分析、转移速率计算等具有重要的意义.

IDL与LabVIEW混合编程的图像信息处理方法

针对大信息量的图像数据运算需求,本着提高图像处理效率的原则,采用面向矩阵的强大可视化语言IDL与图形化软件开发环境LabVIEW的混合编程方式,可以有效地实现二者资源和功能的共享,达到快速高效处理图像信息的目的。文中详细论述了LabVIEW环境下调用IDL ActiveX控件的实现方法,给出了IDL与LabvieW数据互通G语言例程,并设计出具有实用意义的包含复杂数字图像处理算法的单微粒跟踪软件,这对于开发运算速度快又操作灵活的具有大、超大图像数据处理能力的应用程序有积极作用。

基于LabVIEW的温控系统

衬底沉积温度是影响薄膜生长形态的关键因素。针对超高真空薄膜生长中对衬底沉积温度恒温控制需求,文中讨论了基于电阻加热和液氦制冷相结合的温控系统,详细论述了LabVIEW环境下的温控系统应用软件设计思路,该应用软件通过VISA接口与精密温度控制仪进行数据通信,依据其内置的PID控制算法,实现温度控制。测试试验表明:该系统具体良好的恒温效果,能够满足超过超高真空薄膜生长时对衬底沉积温度的温控要求,具有很高的实用价值。

Al_2O_3(0001)邻晶面上基底温度对PTCDI-C_5岛分布的影响（英文）

在α-Al_2O_3(0001)表面研究了N,N'-二戊基-3,4,9,10-苝二甲酰亚胺(PTCDI-C_5)薄膜形貌与基底温度之间的关系.在背景真空度低于6×10-7Pa的超高真空腔中,利用分子束外延方法在基底上生长标称厚度为0.6 nm的PTCDI-C_5薄膜,薄膜生长过程中的基底温度分别被控制在25℃、37℃和61℃.生长结束后,利用原子力显微镜(AFM)轻敲模式在大气环境下对薄膜形貌进行离线表征.AFM图像显示在Al_2O_3基底表面,PTCDI-C_5分子形成岛,而且PTCDI-C_5岛的排列与基底温度之间呈现一定关系.本文实验条件下,在25℃和37℃之间存在一个基底温度阈值.在薄膜生长过程中,当基底温度低于此温度阈值时,PTCDI-C_5岛在基底表面随机排列;相反,当基底温度高于此温度阈值时,PTCDI-C_5岛沿着Al_2O_3(0001)表面的台阶边缘分布.

超高真空荧光显微分子生长特性监测系统

将荧光显微术耦合进有机分子外延薄膜生长的超高真空之中,研制出可变温实时原位荧光显微分子生长特性监测系统。该系统将衬底/样品变温模块,快速衬底/样品装卸载结构和荧光显微术融合一体,利用自行开发的实时监测分子生长软件,可以对超高真空环境下有机分子生长实验进行基于荧光图像的形貌特性动态研究。这对于表面有机分子生长表面动力学特性分析具有重要的实践意义和科学意义。

一种荧光单分子高精度快速跟踪方法的研究

论述了一种高精度快速的单分子实时跟踪方法,包括图像去噪处理与高斯掩模质心法相结合的定位算法和同时考虑等效光强和帧间最大运动位移的同分子概率链接算法。对不同信噪比（SNR）下的单分子荧光图像的仿真结果表明,该定位算法与被认为表现最好的二维直接高斯拟合相比,不仅运算时间缩短为原来的1/10,而且在整个测试信噪比范围内具有更低的偏差和更好的精度,甚至在低信噪比时也能得到可信的小偏差、高精度中心位置值。在普通个人计算机上利用该方法对单分子的百万像素级序列帧进行实时跟踪时,跟踪速率能达到4~5 frame/s。

薄膜生长荧光显微图像实时采集与分析系统

设计了一套具有一定实用意义和科学价值的薄膜生长荧光显微图像实时采集与分析系统,可以实现透明衬底上有机荧光分子薄膜生长的实时原位监测。进一步阐明了系统的硬件构筑思路和软件设计架构,并依据薄膜的形貌特征,给出8个主要生长信息参数及其求取算法,并利用自行搭建的实验系统,针对联六苯(p-6P)分子在云母衬底上的纳米纤维生长过程,得出了其准一维的线性生长规律。该系统作为重要的薄膜生长成像监测技术,有望在薄膜与衬底表面相互作用和衬底微区结构特性研究等方面起到积极的作用。