双光子激发技术及其在生物医学中的应用

双光子激发技术及其在生物医学中的应用

一、双光子激发技术及其在生物医学中的应用(论文文献综述)

贾陌尘[1](2021)在《稀土掺杂无机发光材料的比率型温度传感特性研究》文中指出温度的精确测量在自然科学各个领域的研究中都占据着举足轻重的地位,随着纳米技术的迅猛发展,诸如纳米医学、微电子以及催化反应等领域对纳米空间测温的需求日益高涨。然而,传统的温度计已无法满足这一要求,应运而生的发光温度计凭借其空间分辨率高和快速响应的远程监测等优势成为温度传感的研究热点。由于稀土发光材料具有优异的光稳定性、覆盖整个电磁波谱的窄带发射和独特的多功能性,基于稀土的比率型发光温度计一直颇受欢迎,已用于细胞热成像和微电子故障诊断的研究。本论文围绕基于稀土的比率型发光温度计的选材和优化开展工作,并研发在生物组织中具有更高穿透深度的生物窗口温度计,具体内容如下:(1)对不同测温材料的传感性能进行定量预测将有助于发光温度计的设计和选材,然而目前关于这方面的研究还知之甚微。基于Er3+/Yb3+共掺杂10种基质材料,我们对经典的基于Er3+的热耦合测温法进行深入探究。利用复杂晶体化学键介电理论对Er3+周围环境的微观结构参数进行计算,揭示2H11/2→4I15/2和4S3/2→4I15/2跃迁的发光性质和热耦合测温性能。通过理论分析、提出假设和进一步的结果拟合,首次将测温参数与定义的化学键参数建立定量关系,突破了仅从光谱现象上评估测温能力的局限性,实现对Er3+在给定基质材料中的热耦合测温性能预测。(2)当前的发光温度计集中在可见光区域,存在组织穿透深度低的缺点,限制了其对深层组织的温度探测。由于生物组织对生物窗口的吸收和散射最低,基于Yb3+-MoO42-二聚体敏化的NaYb(c)2:Tm3+纳米片,我们利用声子辅助的发光热增强和热猝灭现象设计了一种位于第一生物窗口(BW-Ⅰ)的超灵敏发光温度计。其相对灵敏度(Sr)在313 K时高达6.5%K-1,并且具有98.3%的可重复性和低至0.16 K的最优温度分辨率。具体研究了Yb3+-Mo O42-二聚体对发光过程和温度传感性能的调谐。此外,验证了所提出的BW-Ⅰ温度计在模拟生物组织中的温度测量,并成功获取鸡胸肉的内部温度。(3)相比于BW-Ⅰ,第二、第三生物窗口(BW-Ⅱ /Ⅲ)可以通过有效滤除自体荧光来进一步提高信噪比,更适合于生物体内的温度探测。利用Ho3+的BW-Ⅱ 发射和Er3+的BW- Ⅲ发射,我们提出了具有声子调谐灵敏度的BW-Ⅱ / Ⅲ比率型测温法。基于声子辅助能量传递和多声子弛豫过程对测温模型和机制进行分析,并通过Ho3+/Er3+/Yb3+共掺杂BaTiO3、Gd2O3、Y2O3、Y3Al5O12和YVO4五种基质材料进行验证,揭示了不同的声子模式对声子辅助能量传递和多声子弛豫过程的贡献不同,进而可以通过基质材料的主声子对测温灵敏度进行估算。另外,我们通过单分散的Y2O3:Ho3+/Er3+/Yb3+纳米球探究其在水溶液和鸡胸肉组织中的温度传感,初步讨论了水分和鸡胸肉组织对测温性能的影响。(4)近十年,基于稀土的比率型发光温度计受到了广泛关注,科研人员致力于研发高灵敏的温度计,包括提高绝对灵敏度(Sa)或者Sr。然而,较高的Sa或Sr是否能改善测温性能以及决定测温精确性的因素却很少被考虑。通过对11种发光材料进行误差分析和实验验证,我们阐明温度不确定度(δT)的内在影响因素为Sr和发光强度的相对误差(σI/I),Sa值高并不能改善δT值,并且σI/I受能级劈裂的影响,纠正了以往对Sa的理解。而对于生物组织的温度探测,我们还需要考虑温度计周围的外部因素影响。为此,我们制备了亲水性NaYF4:Er3+/Yb3+@NaYF4-PEI比率型发光温度计,并探讨了温度计的自加热、激发功率密度、发射强度和穿透深度对测温精确性的影响。

刘君君[2](2021)在《碳化聚合物点及其功能化应用》文中研究表明碳化聚合物点,作为一种新型的碳基纳米材料,凭借简单的制备工艺、良好的生物相容性、优异的光学特性、成本低、环境友好等优点,近年来引起了广泛的研究兴趣。而丰富的前驱体类型赋予了碳化聚合物点结构与性能的多样性,独特的聚合物属性和核壳结构也为碳化聚合物点带来了功能化等方面的优势,进一步拓展了碳点材料在生物医学、光电器件、催化等领域的应用。但碳化聚合物点快速发展的同时,也存在一些亟待解决的重要问题,包括多功能/高性能碳化聚合物点(比如红光/近红外光碳化聚合物点、双光子碳化聚合物点等)的可控合成、碳化聚合物点精细结构与聚合物属性的表征等。本论文基于三种不同类型的前驱体(药物小分子、中药、芳香胺),设计合成了三种多功能/高性能的碳化聚合物点,详细地探究了碳化聚合物点的结构与性能之间的关系,开展了这类材料在生物医学及光电显示方面的应用。从关键创新点来讲,本论文在碳基纳米材料领域的贡献如下:率先用“碳化聚合物点”来阐述通过“自下而上”合成方法所制备的碳点,并深入探究了碳化聚合物点的聚合物特性及核壳结构。以药物小分子甲硝唑为前驱体,合成了具有荧光和选择性抑菌性质的双功能碳化聚合物点;首次报道了碳点类材料的肝胆代谢途径;且率先合成了在血脑屏障保持完整性的状态下仍可快速通过的碳化聚合物点;制备了半峰宽20 nm,荧光量子效率高达59%的深红光碳化聚合物点。具体来讲,本论文的工作归纳为如下三个方面。(1)在第二章中,以药物小分子甲硝唑为前驱体,利用一步水热法制备了具有蓝色荧光及选择性抑菌性质的双功能碳化聚合物点(Met-CPDs-250),并以此为模型体系来探讨碳化聚合物点的结构、性能与前驱体分子之间的关系。通过改变反应时间及反应温度,探究了Met-CPDs-250的形成机理及发光机理。通过设计对照实验,详细分析了Met-CPDs-250的抑菌性能及抑菌机制,发现Met-CPDs-250因含有药效官能团,而表现出与甲硝唑分子相近的抑菌性能和作用机制。可以说,碳化聚合物点的结构及性能与前驱体分子密切相关。但重要的是,Met-CPDs-250的生物相容性更好、细胞毒性更低、水溶性更高、稳定性高且具有激发依赖的荧光性质,可应用于多色细胞成像方面。(2)在第三章中,高性能红光/深红光碳化聚合物点的合成一直是急需的、且富有挑战性,而这类碳化聚合物点材料往往具有大的sp2共轭域。当从第二章药物碳化聚合物点体系理解到碳化聚合物点的性能可通过前驱体分子来调控后,本论文选择含有杂原子的杂环/芳香环等共轭化合物作为前驱体,调控合适的反应条件,以实现高性能红光/深红光碳化聚合物点的可控合成。本章中,选用有机物含量丰富的中药红豆杉树叶作为前驱体,通过溶剂热合成方法,柱层析提纯技术,制备了半峰宽20 nm,荧光量子效率高达59%,具有双光子发射的深红光碳化聚合物点(TL-CPDs)。通过透射电镜、粘度等一系列表征方法,首次深入探究了碳化聚合物点的聚合物特性及核壳结构。通过设计对比实验、分析瞬态光物理过程等,详细探究了TL-CPDs的发光机理。利用TL-CPDs良好的生物相容性、毒性低、荧光量子效率高、组织穿透性强及优异的光学性质,开发了TL-CPDs在单光子和双光子生物成像方面的应用,并详细分析了其体内代谢途径。此外,通过与聚合物复合,探索了TL-CPDs在光电显示方面的应用。(3)在第四章中,选用具有共轭结构的芳香胺小分子邻苯二胺为前驱体,利用一步水热法制备了荧光量子效率可达31%的红光碳化聚合物点(o PD-CPDs-50)。通过调控反应前浓HNO3的含量,详细探究了o PD-CPDs-50的形成机理和发光机理。利用o PD-CPDs-50良好的生物相容性、低的毒性、高的水溶性及荧光量子效率、强的组织穿透性,发展了o PD-CPDs-50在生物成像中的应用,并首次报道了碳点类材料在体内的新代谢途径。此外,脑部成像结果证明,o PD-CPDs-50可快速通过健康小鼠的血脑屏障,这也是首个在血脑屏障保持完整的情况下仍可顺利通过的碳点类材料。进一步地,通过与生物素化葡聚糖胺(BDA,神经示踪剂)结合,开发了o PD-CPDs-50在神经顺行可视化示踪方面的应用。综上所述,我们首次命名了碳化聚合物点,并以实际应用为出发点,通过对前驱体分子的调控,本论文设计合成了三种优异的多功能/高性能碳化聚合物点。本论文为碳点类材料的应用与发展做出了开创性的工作,对多功能/高性能碳纳米材料的可控合成具有借鉴意义。

胡乐佳[3](2021)在《显微系统中基于波前探测与深度学习的像差校正方法研究》文中指出荧光显微镜在生物医学研究中占有重要的一席之地。但是显微系统自身包含的像差以及生物组织引入的像差都限制了系统的成像质量。自适应光学技术能够对显微系统中的像差进行针对性地探测与校正,使得显微系统能够将光束有效地会聚到组织深处,从而实现深层组织光聚焦,以及恢复接近衍射极限的成像分辨率。但是显微系统中的波前探测与像差校正方法仍值得进一步研究与提升。当显微系统利用基于波前探测的像差校正方法在生物组织深处实现光聚焦时,其聚焦的可靠性有待探究。当显微系统使用Shack-Hartmann波前传感器进行波前探测时,其探测流程有待进一步简化,其探测精度与速度有待进一步提升。当显微系统不具备自适应光学硬件时,需要研究不依赖于硬件的像差校正方法作为替代方案。本论文对显微系统中基于波前探测与深度学习的像差校正方法展开了深入的研究,主要的研究内容及创新点如下:(1)通过实验探究了基于相干光学自适应技术的像差校正方法在小鼠脑切片上使用后向散射光作为反馈时的波前探测可靠性。提出以聚焦光斑的艾里斑半径作为聚焦可靠性判据。确定了在本实验条件下相干光学自适应技术可靠聚焦的临界深度为150μm。实验结果填补了相干光学自适应技术在波前探测可靠性探究上的空缺,为其在生物医学领域的应用提供了经验支撑。(2)基于深度学习,提出了一种通过卷积神经网络直接从Shack-Hartmann波前传感器获取的图像中预测Zernike系数的波前探测方法。简化了波前探测的流程并提升了波前探测的精度与速度。通过在300μm厚的小鼠脑切片上的实验,验证了所述方法的波前探测与像差校正的性能。(3)基于深度学习,提出了一种使用卷积神经网络直接从Shack-Hartmann波前传感器获取的图像中重建待测波前分布的方法,进一步简化了波前探测的流程并提升了探测精度。通过与多种波前重建方法对比,验证了所述方法在波前重建与像差校正方面的性能与泛化能力。(4)基于深度学习与像差的先验知识,为不具备自适应光学硬件的显微系统提供了一种通过卷积神经网络进行图像复原的像差校正方法,无需波前探测即可快速实现对图像的像差校正与降噪。提出了 一种无需精确配准且能够通过少量拍摄的图像进行训练数据集生成与扩增的方法,减少了人力与时间成本。所述方法在多种商用荧光显微镜以及自制的荧光显微镜中验证了图像复原的性能,体现了较好的泛化能力。综上所述,本论文对显微系统中基于相干光学自适应技术的像差校正方法的波前探测可靠性进行了实验探究,并提出了基于波前探测与深度学习的像差校正方法和基于深度学习与图像复原的像差校正方法,在生物医学研究中具有潜在的应用前景。

樊芳[4](2021)在《高性能近红外/双光子荧光探针分子的研究及其在生物医学中的应用》文中提出荧光探针可实现生物样品的实时原位、快速方便的在线定量检测,成为生物医学领域必不可少的研究工具。然而传统的荧光探针不同程度的存在着化学稳定性和荧光稳定性差、灵敏度不高、背景荧光干扰严重以及组织穿透深度不足等缺陷。因此,发展自发荧光干扰小、灵敏度高、组织穿透深、低组织损伤的高性能荧光探针是满足目前生物医学发展迫切需要解决的问题。近期引起人们关注的近红外荧光探针和双光子荧光探针能很好地克服目前传统荧光探针存在的缺陷,它们背景荧光干扰小、组织穿透力强、散射少,光损伤及光漂白小,对生物医学的发展具有重要的意义。当今生物医学的发展,自2015年精准医疗理念提出后,已由传统基于症状的治疗模式向以信息为依据的精准诊疗模式转变。2019年生物医学与精准医疗大健康发展论坛举行,论坛就生物医学与精准诊疗这一重大课题进行了深入研讨,主要探讨了生物标志物在肿瘤诊断与预后的应用,精准医疗与个性化抗肿瘤药物的开发,个性化精准给药等内容。其中,肿瘤标志物及临床药物分子体内监测是生物医学一直非常关注的问题,是实现精准诊疗的重要组成部分。因此,本文将着力生物医学与精准诊疗这一研究课题,重点针对生物医学中肿瘤标志物及临床药物分子体内监测的问题,利用高性能有机小分子荧光团和金纳米簇的发光特性,从发光机理和化学结构创新入手,设计合成一系列高性能荧光探针分子,同时结合微渗析取样技术和微混合芯片,探讨荧光探针方法在肿瘤标志物和药物分子在线监测以及可视化研究方面的新应用,为精准诊疗助力。具体来说,本论文包括以下几个方面:第一章绪论本章简单介绍了荧光产生的原理,荧光探针的概念及机理,着重介绍了几类重要的荧光探针的特性及其在生物医学中的应用和发展。此外还介绍了微渗析取样技术及其在体内物质分析监测中的应用和发展。在以上内容的启发下,针对生物医学中肿瘤标志物及临床药物分子体内监测问题,最后提出了论文构思。第二章苯并吡喃腈荧光探针的构建及在β-半乳糖苷酶监测、卵巢癌成像中的应用β-半乳糖苷酶(β-gal)是卵巢癌的重要生物标志物,其在癌症发生时从细胞中被合成或释放出来,可为卵巢癌早期诊断提供一种重要的诊断依据。在本工作中,我们设计合成了一个基于苯并吡喃腈的高灵敏、近红外β-半乳糖苷酶荧光探针DCMCA-βgal,并探究了它在卵巢癌成像中的应用。探针DCMCA-βgal由β-gal识别基团、连接基团4-羟基-3-硝基苄基以及荧光团苯并吡喃腈衍生物三部分构成。在加入β-gal后,β-糖苷键被切断,小分子4-羟基-3-硝基苄醇消除,随即生成近红外荧光团DCM-NH2,676 nm处的荧光强度增强约12倍。DCMCA-βgal具有超高的灵敏度,检测限低至1.26×10-3 U·mL-1。探针DCMCA-βgal能够用于体内β-gal活性的监测跟踪,进而可对卵巢肿瘤进行荧光成像,由于探针的高灵敏度,利用它能够对肿瘤更清晰准确地成像,在荧光信号的引导下可以发现更小的卵巢肿瘤,对肿瘤的早期诊断和后续治疗具有重要意义。第三章基于罗丹明640的高量子产率双光子荧光探针对体内顺铂的生物传感在本工作中,我们设计合成了一种基于罗丹明640的高量子产率、双光子荧光探针RD640-TC,用于检测和追踪体内抗癌药物顺铂。在探针RD640-TC中,二乙基二硫代氨基甲酸酯基团(DDTC)作为识别基团,荧光分子罗丹明640作为信号报告基团,探针自身无明显的荧光。而当顺铂存在时,探针RD640-TC的DDTC单元通过硫代羰基与顺铂中的Pt(Ⅱ)结合,其中反式S原子配位Pt(Ⅱ)会导致整个探针分子结构不稳定,从而激活探针,RD640-TC打开螺环,最终生成具有荧光信号的加合物(Adduct)。在光学性能方面表现为吸收光谱的红移(586 nm,溶液颜色由无色变为红色)和荧光信号(610nm)的增强。更值得关注的是,探针RD640-TC具有双光子特性,组织穿透能力强、生物损伤小等突出优点,适用于体内顺铂的生物传感。实验结果表明,RD640-TC能够作为体内顺铂的可靠成像工具,用于追踪其体内行为,对研究其体内作用机制,促进新的铂类抗癌药物的研发具有重要意义。RD640-TC是首个可用于体内直接检测顺铂的双光子荧光探针。第四章基于功能化金纳米簇近红外荧光探针结合微渗析取样技术实时检测兔子血液中丙泊酚的浓度针对麻醉药丙泊酚血液浓度实时在线监测这一课题,在本工作中,我们首次设计制备了一种基于功能化金纳米簇的近红外荧光探针mPEG-C8-AuNCs用于检测丙泊酚,并结合微渗析活体取样技术实现了对兔子血液中丙泊酚的实时检测。荧光探针mPEG-C8-AuNCs利用丙泊酚的强疏水性,通过金纳米簇表面烷基链层(C8)提供的疏水作用以及表面仲酰胺单元与丙泊酚形成的氢键达到识别的目的。金纳米团簇外缘引入mPEG单元用以提高探针的水溶性,更好地适用于血液中丙泊酚的检测。此外,为了实现对丙泊酚的实时检测,我们使用了微渗析活体取样技术,将微渗析探针埋入兔子的颈静脉进行实时采样,然后将获取的渗析液与探针mPEG-C8-AuNCs混合后进行荧光定量测定,可实现对丙泊酚的实时检测。第五章微渗析活体取样-微混合芯片-荧光探针(MD-MC-FL)丙泊酚在线监测系统的建立为了进一步实现丙泊酚血液浓度的实时、连续、动态地监测,在第四章的基础上,我们构建了丙泊酚实时在线监测系统(MD-MC-FL)。我们将微渗析活体取样、微混合芯片及荧光探针进行联用建立了丙泊酚在线监测系统,并通过实验初步验证了该系统的实用性。微渗析活体取样技术能够连续、实时地提供血液样品,微混合芯片荧光传感平台能够将微量样品与荧光探针进行充分混合后自动分析样品,实现了丙泊酚的连续、实时、动态地监测。该系统在临床上具有重要意义,能够即时、直接地测量患者血液中丙泊酚的浓度,为医生及TCI靶控输注提供可靠的数据支撑,避免了由意识状态判断其麻醉深度的不确定性以及患者个人代谢差异所引起的剂量误差,直接通过药物的血液浓度调整给药量,为个性化精准治疗提供了新的解决方案。同时,该系统不仅能够用于丙泊酚血液浓度的实时在线监测,对于其他药物分子和生命信息分子也能够适用。

刘广兴[5](2021)在《大视场生物成像系统关键技术与应用研究》文中研究指明光学显微成像是生命科学、临床医学、药学等研究领域最主要观测手段。现如今光学显微成像技术一直朝着获取更细节的信息(高分辨率)和更广泛的信息(大视场)方向发展。视场和分辨率是光学系统的两个重要参数,对于一个固定的光学成像系统,其所获得的总信息量由视场和分辨率共同决定。目前,生物医学研究需要从微纳米尺度向着更大尺寸方向发展,商用高分辨显微成像技术的视场不能满足需求。在稀有细胞、胚胎检测等为代表的生命科学研究领域需要在厘米级的视场下实现微米级的分辨率,获取包含数亿像素信息量的样本图像,大幅提升检测效率。以离轴成像系统为代表的望远镜系统具有较高的空间分辨率成像能力和较大的成像视场。本论文探索一种将非常规的离轴光学成像技术用于显微成像应用研究;从光学系统设计、系统性能测试与评估等方面开展研究工作,研发了配套的高性能荧光微球和探针,开展了胚胎毒性以及解毒调控机制的应用研究。具体内容包括:1.开展成像方法与系统方案设计研究。首先,开展细胞多色荧光成像方法学设计,分析提炼大视场生物成像系统核心技术参数;构建大视场成像系统初步定位、小视场显微成像系统精确分析相结合的两步式设计方案。接着,经计算分析以同轴三反光学系统为初始结构,在NA=0.1,MTF达衍射极限的设计原则下,设计了一款分辨率为2.8μm、视场为150mm×20mm、宽光谱和消色差成像的大视场高分辨离轴三镜反射光学系统。最后,从整体尺寸、机械结构静力学、人机工程学等角度分析确定,大、小视场采用互相独立排布的搭配方案完成系统实现。2.开展大视场生物成像系统性能测试的标准微球制备和系统评价研究。根据大视场生物成像的需求,采用溶胀法制备了单色、多色荧光微球校准品;经扫描电镜、流式细胞仪、荧光光谱仪和荧光显微镜等方法表征,验证了荧光标准品的各项性能;使用上述自制标准品,完成了整个大视场生物成像系统的性能评价。3.开展大视场生物成像技术的应用探索研究。首先,设计开发新型高生物相容性、高亮度的碳量子点荧光探针,优化了合成条件,结合细胞毒性实验,验证了探针性能;结合级联杂交链式反应,实现基于图像识别的细胞内miRNA的高灵敏检测,为后续LFVBIS的拓展应用奠定基础。其次,利用大视场生物成像系统开展大样本量下异常胚胎的毒性研究,进一步基于斑马鱼胚胎成纤维细胞模型,初步研究了转运蛋白、代谢酶在重金属Ag+与Pb2+同时处理下的应激性变化,以及核转录因子(Pxr及Nrf2)和miRNA(126及122)在该过程中的调控作用,为后续深入研究奠定了基础。通过本论文的研究,为生命科学研究领域提供了一种可同时实现大视场和高分辨的生物成像技术,完成了应用初探并为进一步拓展应用奠定了基础。

孙试翼[6](2020)在《双光子显微成像分辨率、对比度及视场提升的方法与技术研究》文中研究表明双光子激发在生命科学研究中具有十分重要的地位。相比单光子激发,双光子激发具有很多天然的优势。首先,其采用更长的激发波长,因而在生物组织中具有更大的穿透深度。其次由于双光子激发是非线性过程,需要更高的光子密度才能发生。因此其激发具有空间约束性,大大减少了焦外激发,具有良好的光学切片能力。系统中较少的焦外激发,较低的光子能量,进一步减少了光漂白和光损伤,提升了组织的存活时间,这对长时间的生物成像来讲十分重要。此外,双光子激发波长和荧光波长在光谱上相距较远,因此更容易实现激发光和荧光信号的分离。双光子荧光显微以其众多的优势被广泛应用于生物医学领域的研究中。然而,现有的双光子显微技术仍然存在分辨率不够高,视场不够大等问题和不足。进一步提升系统性能依然具有重要的意义。本论文根据非线性光学理论,点扩散函数工程,荧光差分方法以及光瞳分割扫描方法,对双光子激发显微成像中的方法和技术进行了深入的研究。旨在进一步提升系统的分辨率、视场和时间分辨率,使其在生命科学研究中获得更为广泛的应用。本文的主要内容及创新点如下:1.深入研究了荧光差分方法和荧光饱和效应对双光子显微系统成像分辨率及对比度的影响。对相关内容进行了理论分析和仿真计算,并首次构建了双光子荧光差分显微系统。相关实验结果证明了本方法可以将双光子显微系统的成像分辨率提升至百纳米量级并改善成像对比度。2.将并行探测和像素重组引入双光子显微中。对像素重组理论及算法在双光子显微成像中的应用进行了仿真计算和实验验证。光纤束中光纤为环形排列,外围轮廓的光纤偏离了系统光轴,可以获得更高频率的信息,提升成像分辨率。设计并搭建了具有反向扫描探测光路的双光子显微成像系统,对并行探测所获取的信息进行处理,获得了分辨率及对比度的提升。采用并行探测结合像素重组算法,只需要一次成像,就可以在保证系统成像速度的前提下提升成像质量。3.深入研究了使用轴向荧光差分方法提升双光子显微轴向分辨率的方法并构建了相应的成像系统。该系统通过对成像光束进行相位调制得到轴向分裂的点扩散函数,通过荧光差分的方法成功提升系统的轴向分辨率,提升了系统的光切片能力。4.深入研究了飞秒脉冲固有短相干长度对全息双光子激发的视场限制问题。通过光瞳分割扫描的方法,对空间光调制器(Spatial Light Modulator,SLM)上的像素进行充分的利用,利用振镜对多个全息图进行快速的读出和传送,在1.3毫秒的时间内实现了 1.3毫米视场的双光子激发。该方法具有可扩展性,与神经科学研究中常用的双光子激发光源和成像系统兼容。

李少强,耿俊娴,李艳萍,刘雄波,彭晓,屈军乐,刘丽炜,胡睿[7](2020)在《多光子成像技术的生物医学应用新进展》文中进行了进一步梳理多光子成像技术由于具有低侵入性、强穿透力、高空间分辨率等优点,自问世以来便成为生物医学研究的有力工具,在癌症病理、神经疾病及脑功能成像等方面取得了一系列较好的研究成果.目前,应用较为广泛的多光子成像技术是双光子激发荧光显微成像技术,其在生物医学应用中具有较大的发展潜力.本文详细阐述了多光子成像技术在多色成像、功能成像及成像深度等方面的生物医学应用新进展,包括多色双光子激发荧光显微成像、双光子激发荧光寿命显微成像、双光子光纤内窥成像和三光子显微成像技术,并简要介绍这几种多光子成像技术的原理与特性,最后展望其未来发展前景.

黄利娟[8](2020)在《用于NIR/PersL和MRI双功能成像标记物的Cr3+掺杂发光材料》文中提出近红外长余辉发光(NIR-Pers L)材料是一种很有吸引力的多功能材料平台,因其具有自发荧光低、组织穿透能力强、背景散射少、信噪比高以及物理、化学稳定性高等优点,可用于化学、生物医学等领域的实时研究和应用。目前,Cr3+掺杂的近红外长余辉发光材料备受关注,但现有研究主要集中在镓酸盐发光材料,且几乎都依赖高能紫外光进行充能来获得余辉;最新报道有关于在体内成像时用组织穿透能力强的红光–近红外激光再充能恢复余辉的镓酸盐材料,但需要体外高能紫外光预充能,红光–近红外光激发充能的效率低,限制了其在体内原位成像的应用。此外,单一模式的生物成像并不能满足实际成像对成像分辨率和灵敏度同时较高的要求,而多模式成像可通过不同模式间的互补满足要求。为了解决Cr3+掺杂近红外长余辉发光材料在应用中存在的问题,本文设计了三种新型的Cr3+掺杂钛酸盐和锡酸盐体系(Gd2MgTiO6、Ga4SnO8、Na0.5Gd0.5TiO3)近红外长余辉发光材料,并对其性能进行表征分析。(1)采用高温固相法合成了双钙钛矿结构的Gd2MgTiO6:Cr3+荧光粉,由于Cr3+的能级跃迁,在紫外–可见光激发下,出现了以734和756 nm为中心的两个尖峰(2E→4A2)和一个宽近红外发射带(650–950 nm)(4T2→4A2),0.25%Cr3+掺杂浓度时荧光强度最佳,微秒级荧光寿命。样品可在紫外光区被有效激活,其热释峰在~110℃,在汞灯254 nm光照后持续发光时间可达30 min以上。由于含有Gd,样品也表现有顺磁性,改变Cr3+的掺入量可调控磁矩值。同时具有近红外余辉和顺磁性的性能,有望实现光学-磁性双模式成像。(2)采用高温固相法反应获得了Ga4SnO8:Cr3+荧光粉,由于Cr3+的4T2→4A2跃迁,显示以785 nm为中心的宽带发射(650–950 nm)。全光谱276–802 nm光充能后,显示主要在紫外–可见光激发下有效激活,热释峰在~100℃,但在低能深红光–近红外光660–740 nm LED光照下可有效充能且获得近红外长余辉。其荧光强度、余辉强度和热释光强度优化的Cr3+掺杂浓度均为0.25%,接近其猝灭浓度0.32%;荧光寿命为微秒级;可用低能深红光–近红外光充能后获得近红外长余辉,避免依赖高能光充能,有望在深红光–近红外光体内原位充能的实时生物成像中得到应用。(3)采用高温固相法合成了钙钛矿结构的Na0.5Gd0.5TiO3:Cr3+NIR-Pers L材料。样品在紫外–可见光激发下,展现出以761 nm为中心的宽发射带。在全光谱276–802 nm LED光充能下都能获得余辉。其中,Cr3+阳离子充当复合中心,而4T2→4A2跃迁有助于高效的NIR-Pers L。与Cr3+活化的Zn Ga2O4、Zn3Ga2Ge O8、Zn3Ga2Ge2O10和Li Ga5O8等镓酸盐发光材料相比,Na0.5Gd0.5TiO3材料在超低功率强度(~2.5μW/mm2)和非相干光652 nm LED充能之后的近红外长余辉强度至少强了100倍。通过构建基质相对能级图(HRBE),我们揭示了新的低能单光子激活机制,发现主导带最小值(CBM)是决定充能效率和所需充能光子数的关键因素。组织穿透性实验和模拟体内生物成像显示了利用低辐照度(~19μW/mm2)深红光–近红外光体内充能并实现高信噪比(SNR)原位成像的可能性。这一单光子充能将为非相干低辐照度深红光–近红外充能NIR-Pers L成像探针的设计提供新的思路,从而解决体内生物成像时依赖体外高能紫外光预充能,深红光–近红外光激发充能效率低等问题。此外,样品具有顺磁性,可实现光学-磁性双模式成像。

赵明明[9](2020)在《双光子激发性纳米粒子BKC和PMCM的制备与体外生物效应研究》文中研究表明研究目的:设计合成两种具有双光子激发性能的新型纳米材料,对其形貌特征和双光子性能进行分析。利用细胞模型,探讨其细胞成像、细胞内吞性能及单/双光子激发下体外光毒性和暗毒性,为双光子纳米材料体内成像和治疗等安全应用提供科学依据。研究方法:1、选择具有较高双光子吸收截面的双芘分子BP和能与肿瘤血管及基质中的纤维蛋白特异性结合的CREKA肽,通过Fmoc-偶联化学的标准固相多肽技术合成了一种新型双光子纳米光敏剂BKC。通过紫外分光光度计、荧光光谱仪、马尔文激光粒度仪、透射电子显微镜,激光共聚焦扫描电子显微镜等仪器对纳米粒子进行表征。使用单线态氧捕获剂(ABDA)检测BKC纳米粒子产生活性氧的能力。研究了纳米粒子在单/双光子照射下的细胞毒性。2、制备具有双光子激发性能的PMCM纳米粒子。通过透射电子显微镜,激光共聚焦显微镜,马尔文激光粒度仪等仪器对纳米粒子进行表征。研究纳米粒子的光热效应、双光子性质及生物成像能力。对纳米粒子的单/双光子毒性进行研究。研究结果:1.合成的BKC纳米粒子粒径为5-10 nm,PMCM纳米粒子粒径为122nm,且形貌规整,尺度明确,分散均一。2.BKC纳米粒子经激光照射后能产生大量单线态氧,双光子照射后细胞光毒性显着,暗毒性较小。3.PMCM纳米粒子有光声和核磁共振成像能力。4.PMCM纳米粒子在单/双光子照射下具有光热效应,双光子效应更明显。研究结论:1.BKC纳米粒子粒径均一,分散性良好。能选择性被细胞内吞,具有靶向性。纳米粒子经单/双光子激光照射后可以产生大量活性氧,具有显着的光毒性,该纳米粒子暗毒性较小。2.PMCM纳米粒子粒径均一,分散性好。容易被细胞内吞,具有靶向性。纳米粒子在双光子激光照射下有良好的光热转换效果,可用于PTT。该纳米粒子具有较好的成像能力。粒子在单/双光子激发下均有显着的光毒性;但PMCM纳米粒子的暗毒性较大。

杨婵[10](2020)在《新型纳米体系用于生物组织成像及肿瘤治疗的应用研究》文中研究指明实时监控疾病标志物在细胞内的浓度和分布情况对于疾病的早期诊断、预防和及时治疗具有重要意义。在众多的成像技术中,光学成像和磁共振成像被广泛的应用。其中,基于荧光探针的荧光成像技术具有高灵敏度、时空分辨成像和对细胞几乎无损伤等特点,是一种强有力的细胞内疾病标志物监测工具。然而,现有的单光子荧光探针存在穿透深度浅、光漂白、细胞内自荧光干扰等缺点。双光子荧光成像技术是利用能量更低的双光子作为激发光源的一种技术,由于激发波长更长,它能够实现更深的组织穿透深度,降低对细胞和组织的损伤,并能够抗背景荧光干扰。因此,双光子荧光探针更适合用于复杂生物体系的研究。近年来,纳米技术在科学和工程领域取得了快速的发展。纳米材料独特的尺寸效应使其在催化、能源、生物成像和药物传递等领域得到了广泛的应用。基于纳米颗粒的纳米传感器和纳米药物,以及诊疗体系的应用得到快速发展。常用于构建探针和诊疗体系的纳米材料包括纳米金颗粒、金属有机骨架(MOFs)、配位聚合物等,它们具有较大的负载能力、优良的生物相容性以及细胞膜穿透能力。因此以纳米材料为基础构建的纳米探针和诊疗平台在复杂生物体系研究中具有广阔的应用前景。为了提高现有荧光探针的稳定性和成像效果,解决纳米诊疗平台药物载量低、合成复杂等问题,本论文利用成像技术和纳米材料的优势,开发了一系列适于复杂生物体系的纳米探针和抗肿瘤诊疗纳米体系。具体内容如下:1)在第二章中,由于传统的功能核酸——纳米金单光子荧光探针难以应用于复杂生物体系中的成像,我们将双光子荧光分子结合到脱氧核酶(8-17DNAzyme)——纳米金体系中。该探针具有高的双光子吸收截面和光稳定性,并且对目标检测物锌离子有很好的选择性。此外,该探针的细胞毒性低,具有很好的生物相容性。相比于单光子荧光探针,该探针用于成像细胞中锌离子时,体现了更好的成像效果。而且,我们将该探针应用于小鼠组织切片中锌离子的成像,结果显示其成像深度可达160μm,远高于单光子荧光探针的成像深度。该探针设计方案具有普适性,适用于构建其他的基于功能核酸的双光子荧光纳米探针。2)在第三章中,基于金属有机骨架(MOFs)的尺寸可调节性、好的生物相容性和生物降解性,将由锆和带有叠氮基团的有机配体组装而成的金属有机骨架(PCN-58)作为基础构建单元,通过合成后修饰的方法,构建双光子金属有机骨架探针(TP-MOF)用于活细胞和组织中锌离子的成像。该纳米探针背景信号低,进入细胞后,在锌离子存在的条件下,双光子识别基团与锌离子结合产生增强的荧光信号。相比于单光子荧光探针,TP-MOF有更高的成像分辨率。这种探针构建方法为推动MOFs在生物医学领域中的应用提供了一个通用性策略。3)由于机体内硫化氢失调与多种疾病相关,比如:高血压、心肌缺血等疾病。因此,了解硫化氢在生物体内的分布对于疾病的早期诊断有着重要的意义。然而,双光子有机小分子探针抗细胞内蛋白质等分子干扰的能力较差,容易产生假阳性信号,因此在细胞层面的应用受限。MOFs骨架纳米孔道的筛分作用,有望提高小分子探针的抗干扰能力,降低假阳性,实现荧光探针在活细胞和组织层面的应用。因此,在第四章中,将MOFs与双光子荧光探针相结合构建的纳米探针,在进入细胞后,探针的响应位点被细胞中的硫化氢分子激活,实现细胞和组织中硫化氢的成像。该探针比基于介孔硅的纳米探针有着更好的检测性能。此外,在细胞裂解液的条件下,该探针相比于有机小分子探针有更好的抗干扰能力,这主要得益于MOFs孔道对于分子尺寸的筛分作用。该探针为检测复杂体系中的硫化氢提供了更好的策略。4)MOFs因具有尺寸可调节性、好的生物相容性和生物降解性而被广泛应用于生物医学成像和药物递送。然而,基于MOFs的药物载体存在负载率低、构建复杂等缺点,应用受限。一个理想的药物载体往往具备药物载量高、生物相容性好、可控释药等优点。在第五章中,运用临床上常用的抗癌药物五氟尿嘧啶(FU)作为桥连配体与锰离子通过“一锅法”配位组装成一个新型的金属药物配位纳米材料——Mn-FU。Mn-FU的药物负载量高达47.7%,高于大部分基于纳米材料的药物递送体系。通过合适的表面修饰,该体系体现了很好的肿瘤富集效果,并实现了肿瘤微环境激活药物释放,提高了五氟尿嘧啶的生物利用率,增强了抗肿瘤治疗的特异性。此外,在药物释放的同时,锰离子从Mn-FU中释放,作为磁共振成像造影剂,用于监控药物释放,有利于判断药物递送效果和预测治疗效果。活体抗肿瘤治疗实验说明Mn-FU提高了放化疗协同治疗效果,并降低了毒副作用。该体系的设计方法为构建理想的诊疗体系提供了一种高效而便捷的策略。

二、双光子激发技术及其在生物医学中的应用(论文开题报告)

(1)论文研究背景及目的

此处内容要求:

首先简单简介论文所研究问题的基本概念和背景,再而简单明了地指出论文所要研究解决的具体问题,并提出你的论文准备的观点或解决方法。

写法范例:

本文主要提出一款精简64位RISC处理器存储管理单元结构并详细分析其设计过程。在该MMU结构中,TLB采用叁个分离的TLB,TLB采用基于内容查找的相联存储器并行查找,支持粗粒度为64KB和细粒度为4KB两种页面大小,采用多级分层页表结构映射地址空间,并详细论述了四级页表转换过程,TLB结构组织等。该MMU结构将作为该处理器存储系统实现的一个重要组成部分。

(2)本文研究方法

调查法:该方法是有目的、有系统的搜集有关研究对象的具体信息。

观察法:用自己的感官和辅助工具直接观察研究对象从而得到有关信息。

实验法:通过主支变革、控制研究对象来发现与确认事物间的因果关系。

文献研究法:通过调查文献来获得资料,从而全面的、正确的了解掌握研究方法。

实证研究法:依据现有的科学理论和实践的需要提出设计。

定性分析法:对研究对象进行“质”的方面的研究,这个方法需要计算的数据较少。

定量分析法:通过具体的数字,使人们对研究对象的认识进一步精确化。

跨学科研究法:运用多学科的理论、方法和成果从整体上对某一课题进行研究。

功能分析法:这是社会科学用来分析社会现象的一种方法,从某一功能出发研究多个方面的影响。

模拟法:通过创设一个与原型相似的模型来间接研究原型某种特性的一种形容方法。

三、双光子激发技术及其在生物医学中的应用(论文提纲范文)

(1)稀土掺杂无机发光材料的比率型温度传感特性研究(论文提纲范文)

摘要
abstract
第一章 绪论
    1.1 稀土离子发光简介
    1.2 稀土掺杂发光材料
        1.2.1 上转换发光材料
        1.2.2 下转移/下转换发光材料
    1.3 基于稀土的比率型温度传感及研究现状
        1.3.1 比率型发光温度计的测温性能
        1.3.2 基于稀土的单发光中心温度计
        1.3.3 基于稀土的双发光中心温度计
        1.3.4 生物窗口发光温度计
    1.4 论文研究内容及意义
    1.5 参考文献
第二章 Er~(3+)在含氧化合物中的热耦合测温性能研究和预测
    2.1 前言
    2.2 实验部分
        2.2.1 样品的制备
        2.2.2 样品的表征
    2.3 结果与讨论
        2.3.1 晶体结构分析
        2.3.2 基于Er~(3+)上转换发光的热耦合测温
        2.3.3 复杂晶体化学键介电理论
    2.4 本章小结
    2.5 参考文献
第三章 基于声子辅助热增强和热猝灭的高灵敏BW-Ⅰ发光温度计
    3.1 前言
    3.2 实验部分
        3.2.1 样品的合成
        3.2.2 细胞毒性实验
        3.2.3 样品的表征
    3.3 结果与讨论
        3.3.1 声子辅助发光热猝灭和热增强
        3.3.2 晶体结构分析
        3.3.3 上转换发光机制
        3.3.4 温度传感性能
        3.3.5 生物组织中的温度测量
    3.4 本章小结
    3.5 参考文献
第四章 基于声子调谐灵敏度的BW-Ⅱ / Ⅲ比率型发光测温法研究
    4.1 前言
    4.2 实验部分
        4.2.1 样品的合成
        4.2.2 表征方法
    4.3 结果与讨论
        4.3.1 BW-Ⅱ /Ⅲ比率型测温模型的提出
        4.3.2 测温机制的研究
        4.3.3 主声子调谐S_r
        4.3.4 生物组织中的温度传感
    4.4 本章小结
    4.5 参考文献
第五章 基于稀土比率型发光温度计的测温性能影响因素研究
    5.1 前言
    5.2 实验部分
        5.2.1 材料的合成
        5.2.2 细胞毒性实验和细胞成像
        5.2.3 样品的表征
    5.3 结果与讨论
        5.3.1 测温性能分析
        5.3.2 单发光中心比率型温度计的验证
        5.3.3 双发光中心比率型温度计的验证
        5.3.4 生物组织中测温的影响因素
    5.4 本章小结
    5.5 参考文献
第六章 结论与展望
    6.1 结论
    6.2 展望
作者简介及在学期间所取得的科研成果
致谢

(2)碳化聚合物点及其功能化应用(论文提纲范文)

摘要
abstract
第一章 绪论
    第一节 碳点的发展与分类
        1.1.1 石墨烯量子点
        1.1.2 碳量子点
        1.1.3 碳化聚合物点
    第二节 碳化聚合物点的结构与性能调控
        1.2.1 前驱体
        1.2.2 合成条件
        1.2.3 后处理/修饰
    第三节 碳化聚合物点的生物医学应用
        1.3.1 生物成像
        1.3.2 光治疗
        1.3.3 药物/基因载体
        1.3.4 纳米药
    第四节 红光/近红外光碳点的研究进展
        1.4.1 合成及光学性质
        1.4.2 应用
    第五节 本论文的设计思路与研究内容
第二章 蓝光、抑菌双功能碳化聚合物点
    第一节 引言
    第二节 实验部分
        2.2.1 实验原料
        2.2.2 表征仪器
        2.2.3 甲硝唑碳化聚合物点-250(Met-CPDs-250)的制备
        2.2.4 调控反应温度合成甲硝唑碳化聚合物点
        2.2.5 调控反应时间合成甲硝唑碳化聚合物点
        2.2.6 柠檬酸碳化聚合物点(CA-CPDs)的制备
        2.2.7 细胞实验
        2.2.8 Met-CPDs-250的抑菌实验
        2.2.9 测量Met-CPDs的荧光量子效率
        2.2.10 Met-CPDs的辐射速率常数(k_r)和非辐射速率常数(k_nr)
    第三节 一步水热法制备Met-CPDs-250
        2.3.1 Met-CPDs-250的形貌
        2.3.2 Met-CPDs-250的荧光行为
        2.3.3 Met-CPDs-250的微纳结构
    第四节 Met-CPDs的形成机理
    第五节 Met-CPDs的发光机理
    第六节 Met-CPDs-250的抑菌性质
        2.6.1 细胞毒性
        2.6.2 Met-CPDs-250的抑菌机制
        2.6.3 Met-CPDs-250的选择性抑菌性质
    第七节 Met-CPDs-250用于多色细胞成像
    第八节 本章小结
第三章 高性能深红光碳化聚合物点
    第一节 引言
    第二节 实验部分
        3.2.1 实验原料
        3.2.2 表征仪器
        3.2.3 飞秒瞬态吸收装置
        3.2.4 TL-CPDs的制备
        3.2.5 c-TL-CPDs的制备
        3.2.6 TL-CPDs的体外细胞实验
        3.2.7 TL-CPDs的体内毒性评估
        3.2.8 TL-CPDs的体内成像实验
    第三节 TL-CPDs的下转换及双光子光学性质
        3.3.1 下转换荧光性质
        3.3.2 双光子荧光性质
    第四节 TL-CPDs的聚合物特性
        3.4.1 形貌
        3.4.2 核壳结构
        3.4.3 玻璃化转变温度
        3.4.4 粘度
    第五节 TL-CPDs的发光机理
        3.5.1 半峰宽窄
        3.5.2 发光基元
    第六节 TL-CPDs的生物成像应用
        3.6.1 生物毒性
        3.6.2 单光子及双光子细胞成像
        3.6.3 活体成像
        3.6.4 体内代谢
        3.6.5 光电显示
    第七节 本章小结
第四章 多功能红光碳化聚合物点
    第一节 引言
    第二节 实验部分
        4.2.1 实验原料
        4.2.2 表征仪器
        4.2.3 邻苯二胺碳化聚合物点-50(o PD-CPDs-50)的制备
        4.2.4 调控浓硝酸含量合成不同的邻苯二胺碳化聚合物点
        4.2.5 oPD-CPDs-50的体外细胞实验
        4.2.6 oPD-CPDs-50的体内毒性评估
        4.2.7 oPD-CPDs-50的体内成像实验
    第三节 一步水热法制备oPD-CPDs-50
        4.3.1 荧光性质
        4.3.2 形貌
        4.3.3 结构
    第四节 oPD-CPDs的发光机理和形成机理
        4.4.1 浓HNO3的作用
        4.4.2 发光机理
    第五节 oPD-CPDs-50的生物应用
        4.5.1 生物毒性
        4.5.2 生物成像
        4.5.3 体内代谢
        4.5.4 血脑屏障
        4.5.5 神经示踪
    第六节 本章小结
第五章 总结与展望
    第一节 全文总结
    第二节 本论文的关键创新点
    第三节 研究展望
参考文献
作者简介
攻读博士学位期间发表论文
致谢

(3)显微系统中基于波前探测与深度学习的像差校正方法研究(论文提纲范文)

致谢
摘要
Abstract
1 绪论
    1.1 研究背景
        1.1.1 显微系统中的波前像差
        1.1.2 显微系统中的自适应光学技术
    1.2 显微系统中像差校正方法的研究现状
        1.2.1 基于波前探测的像差校正方法研究现状
        1.2.2 基于图像复原的像差校正方法研究现状
    1.3 本论文的研究内容与创新点
        1.3.1 本论文的研究内容与章节安排
        1.3.2 本论文的创新点
2 基于相干光学自适应技术的波前探测可靠性探究
    2.1 引言
    2.2 理论基础
    2.3 生物样品的制备与散射系数测量
    2.4 实验系统设计与搭建
        2.4.1 液晶空间光调制器的校准
        2.4.2 基于相干光学自适应技术的系统设计与搭建
    2.5 实验结果与分析
        2.5.1 光学聚焦的实验结果
        2.5.2 光学聚焦的可靠性分析
    2.6 本章小结
3 基于深度学习和Shack-Hartmann波前传感器的波前探测方法
    3.1 引言
    3.2 理论基础
        3.2.1 基于Shack-Hartmann波前传感器的波前探测方法
        3.2.2 卷积神经网络
    3.3 实验系统设计与搭建
    3.4 算法实现
        3.4.1 实验数据集的生成与获取
        3.4.2 网络结构
        3.4.3 网络训练与实现
    3.5 方法对比与分析
    3.6 生物组织中的像差校正
    3.7 本章小结
4 基于深度学习和Shack-Hartmann波前传感器的波前重建方法
    4.1 引言
    4.2 理论基础
        4.2.1 卷积神经网络中的残差结构
        4.2.2 基于角谱理论的光路仿真
    4.3 算法实现
        4.3.1 混合数据集的生成与获取
        4.3.2 网络的结构设计与训练
    4.4 方法对比与分析
    4.5 本章小结
5 基于深度学习和像差先验的显微图像像差校正方法
    5.1 引言
    5.2 理论基础
    5.3 算法实现
        5.3.1 基于像差先验的实验数据集获取与增强
        5.3.2 网络的结构设计与训练
    5.4 方法对比与分析
    5.5 不同荧光显微镜中的应用
        5.5.1 商用共聚焦显微镜
        5.5.2 商用双光子显微镜
        5.5.3 商用宽场显微镜
        5.5.4 自制的共聚焦显微镜
    5.6 三维图像中的应用
    5.7 本章小结
6 总结与展望
参考文献
作者简介
攻读博士学位期间主要的研究成果

(4)高性能近红外/双光子荧光探针分子的研究及其在生物医学中的应用(论文提纲范文)

摘要
ABSTRACT
第一章 绪论
    第一节 荧光探针概述
        1.1 荧光的产生
        1.2 荧光探针
    第二节 几种重要的荧光探针在生物医学中的研究进展
        2.1 小分子近红外荧光探针的研究及其在生物医学成像与传感中的应用
        2.2 小分子双光子荧光探针的研究及其在生物医学中的应用
        2.3 金纳米簇荧光探针在药物分析中的研究及应用
    第三节 微渗析活体取样技术在药物分析监测中的应用研究
        3.1 微渗析取样技术(Microdialysis,MD)
        3.2 微渗析取样技术(MD)结合微流控芯片(Microfluidic chip,MC)在线检测平台在药物分析中的研究进展
        3.3 麻醉药丙泊酚血液浓度的实时监测
    第四节 本文的构思
        4.1 研究目的及内容
        4.2 创新点
    参考文献
第二章 苯并吡喃腈荧光探针的构建及在β-半乳糖苷酶监测、卵巢癌成像中的应用
    1.引言
    2.实验部分
        2.1 试剂和仪器
        2.2 探针DCMCA-βgal的合成
        2.3 溶液配制和探针光谱性质测试
        2.4 探针DCMCA-βgal工作浓度优化测试
        2.5 探针DCMCA-βgal对β-gal响应时间的测定
        2.6 探针DCMCA-βgal工作曲线的测定
        2.7 探针DCMCA-βgal的pH稳定性测试
        2.8 探针DCMCA-βgal选择性测试
        2.9 液相色谱分析
        2.10 细胞培养
        2.11 探针DCMCA-βgal细胞毒性测试
        2.12 活体成像实验
    3.结果与讨论
        3.1 探针DCMCA-βgal的设计及表征
        3.2 探针DCMCA-βgal与 β-gal反应的光谱变化
        3.3 探针DCMCA-βgal对 β-gal的荧光响应
        3.4 探针DCMCA-βgal的选择性和p H稳定性
        3.5 探针DCMCA-βgal响应机理研究
        3.6 探针DCMCA-βgal细胞毒性分析
        3.7 探针DCMCA-βgal用于卵巢癌细胞中β-gal的成像和传感
        3.8 体内β-gal活性成像以及卵巢癌成像研究
        3.9 各种β-gal荧光探针的比较
    4.小结
    参考文献
第三章 基于罗丹明640 的高量子产率双光子荧光探针对体内顺铂的生物传感
    1.引言
    2.实验部分
        2.1 试剂和仪器
        2.2 探针RD640-TC的合成
        2.3 溶液配制和探针光谱性质测试
        2.4 探针RD640-TC工作浓度优化测试
        2.5 探针RD640-TC工作曲线的测定
        2.6 探针RD640-TC的pH稳定性测试
        2.7 探针RD640-TC选择性测试
        2.8 荧光量子产率测定
        2.9 理论计算
        2.10 细胞及斑马鱼的培养
        2.11 探针RD640-TC细胞毒性测试
        2.12 斑马鱼双光子成像实验
        2.13 液相体内校准实验
    3.结果与讨论
        3.1 探针RD640-TC的设计及表征
        3.2 探针RD640-TC与顺铂反应的光谱变化
        3.3 探针RD640-TC对顺铂的荧光响应
        3.4 探针RD640-TC的选择性和p H稳定性
        3.5 探针RD640-TC响应机理研究
        3.6 探针RD640-TC细胞毒性分析
        3.7 探针RD640-TC用于肿瘤细胞中顺铂的成像和生物传感
        3.8 探针RD640-TC用于斑马鱼中顺铂的双光子成像研究
        3.9 各种顺铂传感器的比较
    4.小结
    参考文献
第四章 基于功能化金纳米簇近红外荧光探针结合微渗析活体取样技术实时检测丙泊酚
    1.引言
    2.实验部分
        2.1 试剂和仪器
        2.2 功能单体的制备合成
        2.3 功能化金纳米簇探针的制备
        2.4 溶液的配制和光谱性质的测试
        2.5 探针mPEG-C8-AuCNs响应时间的测定
        2.6 探针mPEG-C8-AuCNs工作曲线的测定
        2.7 探针mPEG-C8-AuCNs稳定性测试
        2.8 探针mPEG-C8-AuCNs选择性测试
        2.9 探针mPEG-C8-AuCNs响应准确性的评估(液相色谱分析)
        2.10 微渗析取样实验
        2.11 活体(兔子)体内丙泊酚的实时检测
    3.结果与讨论
        3.1 功能单体的的表征
        3.2 探针mPEG-C8-AuCNs的表征
        3.3 探针mPEG-C8-AuCNs对丙泊酚的荧光响应
        3.4 探针mPEG-C8-AuCNs响应时间的测定
        3.5 探针mPEG-C8-AuCNs的选择性和光稳定性
        3.6 探针mPEG-C8-AuCNs响应机理的探讨
        3.7 微渗析取样实验
        3.8 探针mPEG-C8-Au CNs结合微渗析取样技术实时检测丙泊酚
    4.小结
    参考文献
第五章 微渗析活体取样-微混合芯片-荧光探针(MD-MC-FL)丙泊酚在线监测系统的建立
    1.引言
    2.实验部分
        2.1 试剂和仪器
        2.2 动物实验
    3.结果与讨论
        3.1 微渗析活体取样-微混合芯片-荧光探针(MD-MC-FL)在线监测系统的构建
        3.2 基于MD-MC-FL在线监测系统测定丙泊酚浓度的初步探究
        3.3 微渗析取样-在线分析后的数据校正
    4.小结
    参考文献
第六章 结论与展望
    6.1 结论
    6.2 展望
附表
作者简介及博士阶段科研成果
致谢

(5)大视场生物成像系统关键技术与应用研究(论文提纲范文)

摘要
Abstract
第1章 绪论
    1.1 引言
    1.2 以提升图像信息量为目标的成像技术研究现状
        1.2.1 以提升分辨能力为主的成像方法与技术
        1.2.2 以扩大视场为主的成像方法与技术
    1.3 以高信息量检测需求为代表对大视场和高分辨提出新的要求
    1.4 大视场高分辨光学成像技术研究现状
    1.5 本人工作内容及论文结构安排
第2章 成像方法与系统方案设计研究
    2.1 大视场生物成像细胞多色荧光成像方法研究
        2.1.1 抗原标志物设计
        2.1.2 荧光染料设计
        2.1.3 荧光抗体搭配设计
    2.2 两步式成像方法及系统指标分析
        2.2.1 两步式成像方法构建
        2.2.2 系统关键设计指标分析
        2.2.3 LFVBIS组成及工作原理
    2.3 基于反射式的光学系统设计研究
        2.3.1 大视场光学系统选择
        2.3.2 大视场光学系统设计
        2.3.3 大、小视场光学系统搭配方案筛选
    2.4 小结
第3章 LFVBIS性能测试与评价方法研究
    3.1 材料与方法
        3.1.1 材料与试剂
        3.1.2 实验仪器
        3.1.3 实验方法
        3.1.4 单分散多孔聚苯乙烯/二乙烯基苯微球的制备
        3.1.5 多孔聚苯乙烯交联微球的制备
        3.1.6 荧光微球及其载玻片的制备
        3.1.7 分析测试与表征
    3.2 结果与讨论
        3.2.1 制备的不同尺寸微球的SEM表征
        3.2.2 微球的流式表征
        3.2.3 荧光微球的表征
        3.2.4 以自制荧光微球为校准品的LFVBIS性能评价
    3.3 小结
第4章 新型功能荧光探针制备与应用方法探索
    4.1 材料与方法
        4.1.1 材料与试剂
        4.1.2 实验仪器
        4.1.3 碳量子点的合成及DNA表面修饰
        4.1.4 目标miRNA触发的级联杂交链式反应
        4.1.5 纳米探针材料细胞毒性测试
        4.1.6 分析测试与表征
    4.2 结果与讨论
        4.2.1 碳量子点的合成及表征
        4.2.2 碳量子点合成条件的优化及稳定性研究
        4.2.3 级联杂交链式反应原理
        4.2.4 miRNA荧光定量分析
        4.2.5 miRNA细胞成像
    4.3 小结
第5章 LFVBIS在环境生物毒理学研究中的应用探索
    5.1 材料与方法
        5.1.1 材料与试剂
        5.1.2 大视场胚胎筛选
        5.1.3 细胞培养及处理
        5.1.4 细胞死亡率检测
        5.1.5 ROS检测
        5.1.6 RT-PCR检测
        5.1.7 数据处理
    5.2 结果与讨论
        5.2.1 基于LFVBIS的重金属毒性检测
        5.2.2 重金属离子毒性
        5.2.3 Pb~(2+)与Ag~+对于ABC转运蛋白的诱导作用
        5.2.4 Pb~(2+)与Ag~+对于Cyp1A和Gst的诱导作用
        5.2.5 转录因子变化
        5.2.6 miRNA调控
    5.3 小结
第6章 总结与展望
参考文献
致谢
在读期间发表的学术论文与取得的其他研究成果

(6)双光子显微成像分辨率、对比度及视场提升的方法与技术研究(论文提纲范文)

致谢
摘要
Abstract
缩写、符号清单和术语表
1 绪论
    1.1 双光子显微的早期发展
        1.1.1 双光子荧光激发过程
        1.1.2 双光子激发的点扩散函数
    1.2 双光子系统的构建
    1.3 双光子显微国内外研究现状
    1.4 双光子系统的进一步的发展方向
    1.5 本论文的主要研究内容和创新点
        1.5.1 本论文的创新点
        1.5.2 本论文的主要内容及章节安排
2 利用荧光差分方法提升双光子显微系统的成像分辨率和对比度
    2.1 引言
    2.2 理论和方法
        2.2.1 共聚焦及荧光差分
        2.2.2 双光子荧光差分显微系统的成像过程
        2.2.3 荧光激发的饱和效应
        2.2.4 比例相关二次强度加权微分方法
    2.3 双光子荧光差分显微系统设计
        2.3.1 系统总体介绍
        2.3.2 光源的选择
        2.3.3 振镜扫描模块
        2.3.4 光学元件的选择
        2.3.5 实验样品准备
    2.4 结果与讨论
    2.5 本章小结
3 利用像素重组提升双光子显微系统横向分辨率
    3.1 引言
    3.2 理论和方法
    3.3 仿真计算及系统设计
        3.3.1 双光子显微系统中的像素重组方法仿真
        3.3.2 探测模块的设计
        3.3.3 实验系统设计
    3.4 结果与讨论
    3.5 本章小结
4 利用轴向差分方法提升双光子显微系统轴向分辨率
    4.1 引言
    4.2 理论分析及实验方法
        4.2.1 双光子显微系统中的相位调制
        4.2.2 实验装置
        4.2.3 样品准备
    4.3 结果与讨论
    4.4 本章小结
5 利用光瞳分割扫描实现系统视场的提升
    5.1 引言
    5.2 系统架构
    5.3 光瞳分割扫描系统构建
    5.4 双光子全息激发实验结果
    5.5 讨论
    5.6 本章小结
6 总结与展望
参考文献
作者简介
攻读博士学位期间主要的研究成果

(8)用于NIR/PersL和MRI双功能成像标记物的Cr3+掺杂发光材料(论文提纲范文)

摘要
Abstract
第1章 前言
    1.1 引言
    1.2 近红外成像及相关发光材料
        1.2.1 近红外发光材料的特点及分类
        1.2.2 长余辉发光材料
        1.2.2.1 发展历史
        1.2.2.2 发光机理
        1.2.3 近红外长余辉发光材料
    1.3 磁共振成像及造影剂
    1.4 多模态成像
    1.5 本论文的研究目的和主要内容
        1.5.1 研究目的
        1.5.2 论文的研究内容
第2章 Gd_2MgTiO_6:Cr~(3+)的制备和光学性质的研究
    2.1 引言
    2.2 实验
        2.2.1 实验试剂与仪器
        2.2.2 样品的制备
        2.2.3 样品结构及光学性质测试
    2.3 实验结果与讨论
        2.3.1 样品的XRD图谱和结构分析
        2.3.2 漫反射光谱分析
        2.3.3 荧光性质分析
        2.3.4 荧光寿命分析
        2.3.5 长余辉性质和热释光性质
        2.3.6 样品的荧光和长余辉发光机制
        2.3.7 样品的磁性能
    2.4 小结
第3章 Ga_4SnO_8:Cr~(3+)的制备和光学性质的研究
    3.1 引言
    3.2 实验
        3.2.1 实验试剂与仪器
        3.2.2 样品的制备
        3.2.3 仪器结构及光学性质测试
    3.3 实验结果与讨论
        3.3.1 样品的XRD图谱和结构分析
        3.3.2 漫反射光谱分析
        3.3.3 荧光性质分析
        3.3.4 荧光寿命分析
        3.3.5 长余辉性质和热释光性质
        3.3.6 样品的荧光和长余辉发光机制
    3.4 小结
第4章 Na_(0.5)Gd_(0.5)TiO_3:Cr~(3+)的制备和光学性质的研究
    4.1 前言
    4.2 实验
        4.2.1 实验试剂与仪器
        4.2.2 制备的方法
        4.2.3 仪器结构及光学性质测试
    4.3 实验结果与讨论
        4.3.1 XRD图谱和结构分析
        4.3.2 漫反射光谱分析
        4.3.3 荧光性质分析
        4.3.4 样品的荧光寿命分析
        4.3.5 近红外余辉性质和热释性质
        4.3.6 样品的荧光和长余辉发光机制
        4.3.7 样品的余辉成像性质
        4.3.8 样品的磁性能
    4.4 小结
第5章 结论与展望
    5.1 结论
    5.2 展望
参考文献
攻读硕士学位期间发表论文及科研成果清单
致谢

(9)双光子激发性纳米粒子BKC和PMCM的制备与体外生物效应研究(论文提纲范文)

中文摘要
abstract
第1章 绪论
    1.1 双光子纳米材料在生物医学中的应用
        1.1.1 双光子纳米材料简介
        1.1.2 双光子纳米材料在生物成像中的应用
        1.1.3 双光子纳米材料在光动力疗法中的应用
    1.2 双光子纳米材料生物效应与生物安全性研究
        1.2.1 纳米材料生物效应与安全性问题
        1.2.2 纳米材料生物效应与安全性
    1.3 本文研究意义
第2章 纳米材料BKC的制备与体外生物效应研究
    2.1 引言
    2.2 实验部分
        2.2.1 主要仪器和试剂
        2.2.2 纳米材料BKC的合成与表征
        2.2.3 活性氧产生情况研究
        2.2.4 细胞内吞研究
        2.2.5 细胞毒性研究
        2.2.6 数据分析
    2.3 结果与讨论
        2.3.1 BKC的表征
        2.3.2 活性氧产生情况研究
        2.3.3 细胞内吞研究
        2.3.4 细胞毒性研究
    2.4 本章小结
第3章 纳米材料PMCM的制备与体外生物效应研究
    3.1 引言
    3.2 实验部分
        3.2.1 主要仪器和试剂
        3.2.2 纳米材料PMCM的合成与表征
        3.2.3 双光子激发实验
        3.2.4 光热效应研究
        3.2.5 生物成像研究
        3.2.6 细胞毒性实验
        3.2.7 数据分析
    3.3 结果与讨论
        3.3.1 PMCM的表征
        3.3.2 双光子激发实验
        3.3.3 光热效应研究
        3.3.4 生物成像研究
        3.3.5 细胞毒性研究
    3.4 本章小结
第4章 结论与展望
    结论
    展望
参考文献
作者简介及在学期间所取得的科研成果
致谢

(10)新型纳米体系用于生物组织成像及肿瘤治疗的应用研究(论文提纲范文)

摘要
Abstract
第1章 绪论
    1.1 成像技术在生物分析中的应用
        1.1.1 荧光成像技术
        1.1.2 磁共振成像技术
    1.2 纳米材料
        1.2.1 纳米金颗粒
        1.2.2 配位聚合物纳米材料
        1.2.3 金属有机骨架纳米材料
    1.3 新型纳米体系在生物医学领域的应用
        1.3.1 在成像检测中的应用
        1.3.2 在抗肿瘤治疗中的应用
    1.4 本论文的构想
第2章 基于金纳米颗粒的双光子荧光探针用于组织中锌离子成像研究
    2.1 前言
    2.2 实验部分
        2.2.1 试剂与仪器
        2.2.2 双光子荧光分子的合成
        2.2.3 纳米金的合成
        2.2.4 荧光纳米探针的制备
        2.2.5 荧光测定
        2.2.6 纳米探针的细胞毒性实验
        2.2.7 细胞内锌离子的双光子荧光成像
        2.2.8 组织切片中锌离子的双光子荧光成像
    2.3 结果与讨论
        2.3.1 纳米探针的设计原理
        2.3.2 纳米探针的表征
        2.3.3 纳米探针的检测性能
        2.3.4 纳米探针的选择性
        2.3.5 纳米探针的细胞毒性
        2.3.6 活细胞中锌离子的双光子荧光成像
        2.3.7 组织切片中锌离子的双光子荧光成像
    2.4 小结
第3章 基于金属有机骨架的双光子荧光纳米探针对组织中锌离子的成像
    3.1 前言
    3.2 实验部分
        3.2.1 试剂与仪器
        3.2.2 双光子荧光分子的合成
        3.2.3 基于金属有机骨架的双光子荧光纳米探针的合成
        3.2.4 探针的体外检测实验
        3.2.5 探针在生物环境中的稳定性实验
        3.2.6 探针的细胞毒性实验
        3.2.7 细胞内锌离子的成像实验
        3.2.8 组织中锌离子的成像实验
    3.3 结果和讨论
        3.3.1 探针的设计原理
        3.3.2 探针的结构表征
        3.3.3 探针的双光子性质表征
        3.3.4 探针的体外检测性能
        3.3.5 探针的生物稳定性
        3.3.6 探针的细胞毒性
        3.3.7 探针成像细胞内锌离子
        3.3.8 探针成像组织中的锌离子
    3.4 小结
第4章 基于金属有机骨架的双光子荧光纳米探针对组织中硫化氢的成像
    4.1 前言
    4.2 实验部分
        4.2.1 试剂与仪器
        4.2.2 双光子荧光分子的合成
        4.2.3 TP-MOF的合成
        4.2.4 体外检测实验
        4.2.5 在生物环境中的稳定性实验
        4.2.6 TP-MOF的细胞毒性实验
        4.2.7 TP-MOF用于细胞内硫化氢的成像实验
        4.2.8 TP-MOF用于组织中硫化氢的成像实验
    4.3 结果和讨论
        4.3.1 TP-MOF的设计原理
        4.3.2 结构表征
        4.3.3 双光子性质表征
        4.3.4 体外检测性能
        4.3.5 生物稳定性
        4.3.6 细胞毒性
        4.3.7 TP-MOF成像细胞内硫化氢
        4.3.8 TP-MOF成像组织中的硫化氢
    4.4 小结
第5章 新型金属药物配位纳米材料用于协同放化疗和磁共振成像研究
    5.1 前言
    5.2 实验部分
        5.2.1 试剂与仪器
        5.2.2 金属药物配位纳米材料的合成
        5.2.3 Mn-FU的酸刺激药物释放实验
        5.2.4 Mn-FU的细胞毒性实验
        5.2.5 DNA损伤机制研究
        5.2.6 动物模型的建立
        5.2.7 Mn-FU的表面修饰
        5.2.8 磁共振成像实验
        5.2.9 Mn-FU用于活体抗肿瘤治疗实验
    5.3 结果和讨论
        5.3.1 设计原理
        5.3.2 Mn-FU的表征
        5.3.3 Mn-FU的酸响应药物释放和磁共振信号
        5.3.4 Mn-FU细胞毒性和生物稳定性
        5.3.5 Mn-FU用于活体MRI
        5.3.6 Mn-FU的生物分布
        5.3.7 小鼠肿瘤模型中放化疗联合治疗
        5.3.8 病理学检测
    5.4 小结
总结
参考文献
附录 A 攻读学位期间发表的学术论文目录
附录 B 部分化合物的谱图
致谢

四、双光子激发技术及其在生物医学中的应用(论文参考文献)

  • [1]稀土掺杂无机发光材料的比率型温度传感特性研究[D]. 贾陌尘. 吉林大学, 2021(01)
  • [2]碳化聚合物点及其功能化应用[D]. 刘君君. 吉林大学, 2021(01)
  • [3]显微系统中基于波前探测与深度学习的像差校正方法研究[D]. 胡乐佳. 浙江大学, 2021(01)
  • [4]高性能近红外/双光子荧光探针分子的研究及其在生物医学中的应用[D]. 樊芳. 华东师范大学, 2021(12)
  • [5]大视场生物成像系统关键技术与应用研究[D]. 刘广兴. 中国科学技术大学, 2021(06)
  • [6]双光子显微成像分辨率、对比度及视场提升的方法与技术研究[D]. 孙试翼. 浙江大学, 2020(02)
  • [7]多光子成像技术的生物医学应用新进展[J]. 李少强,耿俊娴,李艳萍,刘雄波,彭晓,屈军乐,刘丽炜,胡睿. 物理学报, 2020(22)
  • [8]用于NIR/PersL和MRI双功能成像标记物的Cr3+掺杂发光材料[D]. 黄利娟. 暨南大学, 2020
  • [9]双光子激发性纳米粒子BKC和PMCM的制备与体外生物效应研究[D]. 赵明明. 吉林大学, 2020(08)
  • [10]新型纳米体系用于生物组织成像及肿瘤治疗的应用研究[D]. 杨婵. 湖南大学, 2020(01)

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双光子激发技术及其在生物医学中的应用
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