二种固定方法对扫描电镜用植物细胞冷冻割断样品的影响

本文用冷冻割断法在扫描电镜下观察了大蒜(Allium sativum L.)根尖分生组织细胞内部的三维结构。样品制备采用了两种固定方法:冷冻割断前只用1％的锇酸固定的材料易在细胞质和细胞核之间断开;而先用Bouin‘s液固定,再用1％锇酸固定的材料易使细胞核被断开。据此认为前一固定法适于研究细胞质的内部结构(如细胞骨架纤维、线粒体、内质网等)及其三维分布关系;后一种固定法适于核内结构(染色质、核仁、核基质纤维)的三维图象的研究,特别是核仁纤维中心染色质的三维结构。     

超高压电镜用于研究细胞骨架

细胞骨架与细胞器关系的研究一向受到技术上的限制。因为超薄切片法不能很好地反映立体关系,而去垢剂整体提取的方法虽能保持良好的骨架,却使各种细胞器丧失殆尽。超高压电镜(HVEM)具有较强的穿透力,并可同时显示细胞骨架纤维及其它细胞结构,是较为理想的观察手段。本文选用了具有突出扁平形态的印度黄麂(Indian Muntjac)转化细胞(细胞平均厚度约0.5—1μ,核部位也仅2μ左右),更加充分发挥了超高压电镜的长处,可直接观察完整的细胞。我们在日产JEOL-JEM1000电镜上,以1000千伏工作电压对麂细胞进行了观察。麂细胞骨架极为发达,在超高压电镜下致密的纤维网架充满整个视野,以致其它各种细胞结构都不同程度地被骨     

印度黄麂细胞骨架系统的电镜研究

细胞骨架决定细胞的形态与运动,并参与多种细胞生理活动。在已研究的多种体外培养的细胞系(株)中,细胞骨架具有很大共性。印度黄麂(Indian Muntjac)转化细胞系是一种在生物学研究上很有应用价值的成纤维细胞,而我们的初步研究表明其骨架纤维在组织及排布上都与已知模式有很大区别。为了更好地在电镜观察中显示细胞骨架系统的空间排布及其纤维的成分和走向,我们主要采取了下述样品制备技术:①对生长于载网及盖片上的细胞用非离子型去垢剂Triton×-100整体提取,在扫描、透射电镜下进行观察,并变换拍摄角度,拍成立体象对。②对生长于塑料培养碟中的细胞经原位包埋后,连同塑料基质一起进行水平的和垂直的定向切片。观察表     

基于光学显微镜的三维成像技术

传统研究显微样本三维结构的方法是通过在显微镜下获取其二维图像进行观察和分析的,难以准确理解样本的三维结构.因此,研究显微三维成像理论、三维定量分析技术,具有很高的实用价值和重要的学术意义,该领域的研究也是显微信息学科的研究热点之一.针对不同显微样本的三维成像与处理问题,论文以多种光学数码显微镜作为硬件平台,系统、全面地开展了基于光学显微镜的显微三维成像、处理和分析方法的研究.重点研究了聚焦深度显微三维成像、显微双目立体成像、序列显微光学切片三维成像、连续物理切片显微三维成像测量等关键技术和系统实现.聚焦深度显微三维成像方法为解决显微成像景深有限的问题,研究了各种序列显微图像空域聚焦融合算法,对优选出的改进Laplacian算子图像融合方法,提出了基于深度图去噪处理等的优化改进方案,实现了序列显微图像的有效合成,扩展了显微照相的景深.在此基础上,实现了一套基于聚焦深度的显微三维成像测量显示系统.三维成像实验:以昆虫眼睛图像序列验证三维成像方法.昆虫眼睛图像序列原始图用MOTICDMBl显微镜,4倍物镜,冷光源外照射反射光成像,包括33幅不同聚焦层面的原始图像.三维成像效果达到一定实用要求.双目立体体视显微镜三维成像为改进传统光学体视显微镜实现立体显微三维成像,根据计算机立体视觉原理,提出了一种基于光学数码体视显微镜的显微立体表面成像、测量系统方案.针对该系统特点,提出使用线性标定模型来标定立体视觉系统.为解决光学显微立体图像的匹配问题,从所研究的两种匹配算法中,优选出新序数测度匹配法.基于上述方案和算法,实现了一套基于光学数码体视显微镜的显微立体表面成像、测量软件系统.三维成像实验:以某航空材料断口表面显微三维立体成像为例验证该三维成像方法,材料断口表面显微图像采用本研究设计的双目立体摄像MOTIC K500MBGG体视显微镜,16倍物镜,冷光源外照射反射光成像,包括2幅左、右光路采集的原始图像.三维成像效果达到一定实用要求.序列光学切片显微三维成像为解决显微荧光三维成像去模糊的问题,研究实现了最近邻、线性去卷积和最大期望光学切片去模糊复原方法,分析总结了上述三种算法的性能和优缺点,给出了各算法适用的条件.在此基础上实现了一套序列显微光学切片三维成像系统.三维成像实验:为说明光学切片三维去模糊效果,以Confocal获取的显微荧光细胞三维图像为例,本序列图像由MOTIC集团提供,共16层图像,各层图像上有一些模糊效果,经EM去模糊算法50次迭代,一定程度上去除了模糊效果,然后用体可视化方法显示.显微物理切片三维成像研究了生物组织序列切片图像的三维重建和测量方法,根据连续组织切片的特点,提出用上、下层切片图像间存在的对应结构特征部分作为控制点,采用2次多项式进行几何校正、配准.对当今国内、外体视学界广泛认同的三维粒子测量计数方法一双层切片法(Disector)原理进行了分析,提出在计算机图像分析系统上,设计实现自动双层切片体视测量和三维成像方法.三维成像实验:以大鼠肝门部胆管微血管切片图像序列为例验证该三维成像方法.本序列图像选自与解放军总医院肝胆外科一同合作的"大鼠肝门部胆管微血管的三维重建"实验,总共有16幅经空间配准后的不阿层面的大鼠肝门部胆管微血管厚切片序列图像.三维成像效果满足医学研究需要.     

一种观察体内细胞骨架的电镜方法

迄今为止对细胞骨架的形态与分布的研究,几乎全部是在组织培养细胞中进行的。这主要是由于研究活体组织中细胞时要进行切片,而引入的包埋介质限制了去垢剂进行提取等重要而有效的技术手段的应用。然而,有关的研究结果已充分显示出体外人工培养条件,特别是对固体基质表面的附着,造成了骨架系统的一系列显著改变。本文试用新鲜活体组织为材料,在Bright5030型低温切片机上快速冷冻并切成2—8μ厚切片,用盖玻片条或电镜载网取下切片,立即放入37℃的含有非离子型去垢剂TritonX—100(浓度为0.5％)和戊二醛(浓度为2％)的微管稳定性缓冲液中进行处理,或先行提取随之进行固定。用系列提高浓度的乙醇脱水后,临界点干燥,喷镀金膜,用扫描电镜观察,或在固定后用醋酸双氧铀染色。再经脱水和临界点干燥,以透射电镜观察。从而提供了一     

人舌鳞癌组织超薄切片的AFM成像和切割

利用一种基于电镜超薄切片法改进的制样方法，将人舌鳞状细胞癌病理组织以环氧树脂包埋并切片后，将薄片平整地贴附在云母上，用原子力显微镜(AFM)对切片表面进行研究，可以得到高分辨率的细胞超微结构图像，局部的亚细胞水平的形态结构可以与电镜下得到的图像相比拟。在此基础上，利用AFM针尖对肿瘤细胞核内特定区域进行切割和操纵，形成生物分子的堆积，从而为拾取(pjck—up)和进一步用分子生物学手段在亚细胞基因水平研究人舌鳞癌的病理学奠定了基础。     

HMBA诱导胃癌细胞表面及骨架结构的变化研究

本文研究5mM HMBA(环六亚甲基双乙酰胺)诱导处理人胃腺癌MGc80—3细胞系后,细胞骨架及表面形态结构的变化。扫描电镜观察显示,MGc80—3细胞多呈球型,细胞表面有丰富的微绒毛,边缘有大量的丝状和片状伪足(图1)。经HMBA诱导后,细胞表面变化显著,主要表现在细胞表面微绒毛和边缘伪足的大量减少甚至消失,出现一些突起或皱痕状结构。细胞的形态普遍趋于扁平铺展状,呈现出与人正常胃粘膜原代培养细胞相似的表面形态结构(图2)。细胞骨架整装电镜观察显示,MGc80-3细胞骨架结构松散,分布不均,纤维间常有断开和分叉现象(图3)。经诱导后细胞骨架纤维伸长,纤维结构致密、分布均匀,纤维间联接紧密,并有较多的纤维束状结构(图4),与对照组细胞有着明显差异。     

三维地震数据的可视化

传统的地震数据解释方法是利用地震剖面与水平切片的二维图象显示三维数据,它具有很大的局限性。科学可视化技术的出现使得三维数据三维解释成为可能。将科学可视化技术应用于三维地震数据场,则产生了三维地震数据可视化技术,它主要包括面可视化与直接体绘制两种技术。本文主要研究三维地震数据场的直接体绘制方法——光线投射算法。     

基于三维特征和结构相似度的图像质量评价方法

分析了人眼视觉特性、双眼视差异信息等三维特征,将立体视觉与图像的结构相似度(SSIM)相结合,提出了一种新的立体图像质量评价方法。该方法考虑了立体图像的亮度、纹理细节和空间位置等因素对人感知立体效果的影响,利用加权平均结构相似性(WMSS)联合统计学方法得到评价初值,用包含三维景物深度信息的双眼视差信息进行修正,作为立体图像质量的评价结果。实验表明,该方法符合人眼视觉特性,与主观评价(MOS)的一致性较好。     

三维掩膜硅各向异性腐蚀工艺释放微悬空结构

提出了一种新颖的基于三维掩膜的硅各向异性腐蚀工艺,即利用深反应离子刻蚀、湿法腐蚀等常规体硅刻蚀工艺和氧化、化学气相沉积(CVD)等薄膜工艺制作出具有三维结构的氧化硅(SiO2)或氮化硅(Si3N4)薄膜,以该三维薄膜作为掩膜进行各向异性腐蚀,该工艺可以应用于MEMS微悬空结构的制作。利用该工艺成功地在单片n-Si(100)衬底上完成了一种十字梁结构的释放,并对腐蚀的过程和工艺参数进行了研究。     

超薄切片法研究多相催化剂孔结构

对多相催化反应,分子在催化剂中的扩散是需要研究的基本问题之一。这就涉及到催化剂孔结构(孔大小及其分布、孔形和孔容等)的测定。现有催化剂孔结构测定方法,如压汞法、气体吸附法等都乃是简接法,况且在应用时一般都须借助于假设孔模型来进行。事实上,实用催化剂的孔结构是十分复杂的。因此,至今对它的了解还是不够充分的。本文采用金钢石刀超薄切片制样(文内详细作了介绍)揭示了催化剂孔结构。根据实验结果进行了三方面的讨论:1.电镜制样方法的比较,说明超薄切片法使得能在显微图上完整地呈现试样的孔结构。若实现连续切片,则孔道在催化剂中的空间构型(三维分布)也可获得。2.关于催化剂孔的构成,可分成三种类型:①粒间孔(由带有微孔的粒子聚结可能构成双型孔)、②晶内孔、③腐蚀孔。3.关于孔度的测定问题。     

复杂介观结构的电子断层扫描解析

电子断层扫描术（ET）是在透射电镜基础上发展出来的一种更为先进的表征手段,能有效地在不同尺度上解析多种材料的三维结构,利用一系列不同角度的倾转照片进行三维重构。ET技术最先应用于生物和医学等领域,目前正逐步发展并推广到材料科学研究领域用以研究纳米材料的形貌和结构。本文作者利用此技术得到不足1nm厚度的超薄ET切片,完全消除了样品厚度影响,揭示了隐藏在介孔材料内部的结构特征,成功地解析了复杂的介观结构。     

基于激光点云技术的园林虚拟植物动态三维模型构建

通过三维激光扫描设备和传感器获得园林植物的三维点云数据及其对应的生长环境数据,以Open L-system为理论基础,运用计算机视觉技术实现植物三维点云数据的语义分割,提取植物的拓扑结构,并通过遗传算法生成植物的Open L-system和L-studio重构园林景观植物的动态三维模型.主要研究了以下内容:首先获取、处...     

连续切片三维重构技术在细胞超微结构研究中的应用

目的:探究三维重构技术在细胞超微结构研究中的重要性.方法:收集Hela细胞,样品经OTO制样方法处理后进行连续切片,并通过扫描电镜收集序列切片背散射电子信号.通过Amira软件对图片集进行对中、分割处理及三维展示.结果:获得细胞三维重构图,对线粒体长度、宽度和厚度进行了测定和统计,着重对线粒体内质网偶联三维结构进行了观...     

基于广义形态变换的由切片重建三维物体方法

提出了基于广义形态变换的由切片重建三维多面体的方法，该方法首先对多边形进行凸剖分，然后建立凸多边形的匹配，利用广义形态变换对中间形状进行插值，与其它方法相比，该方法可对不同拓扑结构(包括有孔和分岔的情况)的切片进行重建，实验结果表明，该方法重建效果好，不需人工干预，可自动实现，对孔和分岔出现的位置定位精度高，重建的多面体与原始物体误差较小，实用性强，可广泛用于生物医学工程。     

基于数字微镜和旋转扫描技术的体三维显示器

研究了一种基于旋转体扫描方案的体三维显示系统,利用数字微镜设备(DMD)作为空间光调制器,将三维场景经离散化后得到的一系列二维切片轮流投影到高速旋转的屏幕上,基于视觉暂留效应,按时序变换的二维切片图像可被人眼融合并感知为连续完整的三维图像.试制了原理样机,实现了三维图像以24 Hz的刷新频率在体积为Φ200 mm×100 mm的柱体空间内的显示,可以任意选择视点直接观看,验证了设计方案的可行性.     

基于ADSP21992的三维感应测井信号发生器的设计

基于DSP和直接数字频率合成(DDS)原理,利用ADSP21992芯片作为主控模块的核心,采用AD9834型DDS器件设计了一个三维感应测井信号发生器,该信号源的研制对于三维感应线圈系结构、参数、响应原理、三维感应信号采集技术、信号合成处理方法等研究有重要意义。     

植物病毒样品的超薄切片技术研究

应用超薄切片技术及电镜检测植物病毒在寄主细胞中内含体的形态,是确认病毒的可靠手段之一。然而由于超薄切片的效果与取样及固定处理程序等有直接关系,植物细胞内含物质对观察病毒在细胞中的存在影响很大,目前常规的生物处理程序,对观察病毒在细胞内的形态都不理想,作者近两年在植物病毒样品的前处理上进行了一系列实验研究。样品先经0.1M磷酸缓冲液(pH7.0)处理12小时,再行常规固定、包埋切片程序,获得了明显效果。选三种病毒材料,萝卜(TuMV)、克里夫兰烟(CMV)、蔓陀岁(PXV)。样品采集后,切成1     

利用激光扫描共聚焦显微成像系统的正交切割成像确证GFP标记细菌在植物根内定殖

用激光扫描共聚焦显微镜（LSCM）检测绿色荧光蛋白（GFP）标记的细菌常用来确证植物内生细菌的内生特性。本文通过用GFP标记的内生细菌侵染植物根,用LSCM分别检测植物的根段或根的徒手横切片,显示LSCM系统的无损伤光学切片和正交切割成像适用于确证GFP标记细菌在植物根内定殖,显示徒手切片对揭示细菌定殖模式及其入侵途径的不良影响,并依此更新LSCM检测GFP标记细菌在植物根内定殖的方法。     

基于哈夫变换的根系分布率计算

通过数码摄像机绕拍摄植物根系一周得到多幅二维图像,定量分析植物根系的三维构型.通过拍摄所得的三维图像,利用图像分割算法和骨架抽取算法,提取根系细化后的拓扑结构,然后根据广义哈夫变换,计算出根系各点旋转所得的椭圆的相关参数,再利用椭圆的右端点,计算得到根系在不同介质层和介质方向的分布情况,并在此基础上,提出一种改进的方法快速确定椭圆参数空间,大幅提升椭圆检测的速度,使得根系的三维构型定量分析可以真正应用于农业领域研究中,为农学家进一步研究植物根系及植物间作套种提供技术支撑.