激光共聚焦显微技术在细菌粘附肾小管上皮细胞研究中的应用

目的:观察尿路致病大肠杆菌和甘露糖在肾小管上皮细胞(PTEC)内的共定位,探讨细菌粘附PTEC的可能机制.方法:在C5a刺激和C5aR拮抗剂(PMX53)作用下,利用激光共聚焦扫描显微镜观察荧光标记的大肠杆菌和甘露糖在原代培养的肾小管上皮细胞中的表达位置.结果:在无任何刺激情况下,PTEC本身表达的甘露糖主要分布在细胞核周围;加入细菌后,甘露糖表达明显升高,并观察到少数细菌与甘露糖共定位;在C5a刺激和等量细菌刺激情况下,PTEC表面粘附的细菌明显增多,且甘露糖的表达明显增多,另外细菌与甘露糖共定位也明显增多;而在PMX53和等量细菌作用下,PTEC粘附的细菌量和甘露糖表达均明显减少.结论:C5a-C5aR信号改变了细胞表面甘露糖的表达,从而影响了细菌在PTEC上的定殖.     

激光表面织构化对电子标签粘接性能的影响

采用激光对ABS塑料板待粘接表面进行激光表面织构化,以研究其对电子标签粘接性能的影响。采用纳秒脉冲激光处理待粘接表面,在激光共聚焦显微镜下观察激光表面织构化前后基板的表面形貌,并分析激光表面织构化前后基板表面粗糙度变化,利用微机控制电子万能试验机检测激光表面织构化后其粘接表面的结合力,研究激光表面织构化对其表面形貌、表面粗糙度及结合力的影响规律,从而确定最佳激光表面织构化工艺参数。激光表面织构化可有效的提高待粘接表面粗糙度,激光表面织构化后基板的表面粗糙度较未处理前的0.077μm提高到1.222μm;激光表面织构化后的粘接力可到达35.5 N,较未处理表面的11.2 N提升了217%。最终确定最佳的激光表面织构化工艺为激光功率200 W,扫描速度6900 mm/s,重复频率50 kHz,脉冲宽度270 ns,填充线间距0.15 mm。最佳激光表面织构化工艺大幅度提高了材料的表面粗糙度,这使材料的粘接性能显著提升。     

皮秒激光对医用钛合金植入物表面微加工及生物相容性的研究

钛合金具有优良的综合性能,作为医用金属植入材料广泛应用于临床医学,而在钛合金植入物表面进行微造型有助于提高钛合金的生物相容性。采用1064nm波长的皮秒激光在钛合金(Ti-6Al-4V)表面进行微造型实验,并验证微造型的生物相容性。设计正交实验,通过扫描电子显微镜、扫描探针显微镜和共聚焦显微镜分析了样件表面形貌,建立微造型几何尺寸与激光参数的关系,确立了最优工艺参数,完成钛合金微造型样件制备。进行了大鼠骨髓间充质干细胞培养和免疫荧光观察细胞骨架实验。实验表明,微造型对细胞生长起到促进和引导作用。     

MRI引导聚焦超声开放血脑屏障靶向传递不同分子数量级药物的研究

探讨MRI引导聚焦超声开放兔血脑屏障( BBB)后药物在脑内的摄入量与药物分子量之间的关系及药物在靶区空间分布情况。25只新西兰大白兔被随机平均分为5组,在MRI引导聚焦超声开放BBB后,分别静脉注入荧光标记的不同分子数量级的右旋糖酐(10,150 and 2000 kDa),采用激光共聚焦显微镜检测其在靶区的荧光强度,并将切片行免疫荧光染色观察右旋糖酐与神经元标志物共区域化现象。10 kDa的右旋糖酐以最高浓度呈片状分布在整个超声照射区域,而150 kDa 和2000 kDa的右旋糖酐以较低的浓度在靶区呈点状分布( P<0.01);通过与神经元标志物共区域化,10 kDa的右旋糖酐更为均一的分布在整个神经元胞浆和胞核内,而150 kDa 和2000 kDa的右旋糖酐在神经元胞浆内主要以囊泡样结构分布,且后者该结构的数量较少。 MRI引导聚焦超声开放BBB后,药物在脑内的摄入量与药物分子量有关,分子量越小靶区药物浓度越高,其在神经元内的分布越均一。本研究将有助于治疗脑部疾病药物的合理设计、选择和应用。     

快速激光重熔的二维瞬态模型

通过采用有限元与多层网格法,求解热传导和对流方程,建立了模拟快速激光重熔的二维瞬态模型,并用该模型模拟了高扫描速度(2m/s)与低扫描速度(0.2m/s)情况下,时变的脉冲激光与连续激光重熔的物理过程。模拟结果显示,激光扫描速度对熔池内的流线分布的较大影响,从而影响到重熔后材料表面的成分分布。低扫描速度不材料表面同一区域可被多个脉冲加热,而高扫描速度下只被一个脉冲加热。熔池表面的形状在重熔过程中呈现中心凹陷,边缘凸起。此外,还通过模拟结果得到了熔池的大小、形状、平均冷却速度和边缘材料冷却速度,这些冷却速度对于分析材料表面的微观结构是有用的。     

心瓣膜Gore-Tex人工腱索植入前后超微形态研究

摘要：目的：观察Gore-Tex线的超微形态和结构。方法：采用CV-4 Gore-Tex线，在植入前及植入绵羊、病人体内(二尖瓣腱索替换)后，分别于71及626天进行扫描、透射电镜观察。结果：本材料由呈纵行排列的纤细纤维构成．线内有许多气泡样间隙。植入绵羊体内71天后，线表面有宿主内皮细胞层覆盖生长。植入人体626天，表面有少数内皮细胞覆盖，表层下有成纤维细胞长入。结论：Gore-Tex线具有微孔结构，利于宿主内皮细胞覆盖及成纤维细胞长入，是人工腱索替换的适合材料。     

红外激光制备钛氧化层的温度场模拟与分析

钛合金表面氧化在提高耐磨、耐蚀、界面相容性等方面具有重要应用。采用高斯分布的面热源，模拟红外激光制备Ti6Al4V钛合金表面氧化层过程中的温度分布及变化。首先，通过对比激光功率为500 W(功率密度为39.8 W/mm²)、扫描速度为15 mm/s时钛合金表面和厚度方向温度分布的模拟与试验结果，验证了有限元模型的有效性。然后，采用该模型研究激光功率、扫描速率、重复扫描间隔等对温度场的影响规律。随着激光功率增加，扫描速率降低，加工过程中的线能量增加，钛合金表面和厚度方向的温度整体增加。当线能量相同情况下，由于能量在钛合金表面的累积，大功率高扫描速度下可以获得更高的表面温度和基本相同的内部温度。随着重复扫描间隔的缩小，表面最高温度逐渐升高。     

激光激发瑞利波测量铝合金焊接残余应力

根据声弹性原理提出了一种新的测量材料表面焊接应力的激光超声方法.利用Nd:YAG脉冲激光在材料表面激发高频率超声瑞利波,采用非线性激光干涉仪对检测焊接应力的超声瑞利波进行探测.探测点的位置保持不变,通过激发源的扫描来改变激发源和探测点之间的距离,干涉仪探测到一系列超声脉冲波形信号.采用波形相关技术计算相邻超声瑞利波的传播时间延迟,得出瑞利波的传播速度,进而根据声弹性理论计算出相应的应力值.通过激光源在焊缝附近的扫描,得到焊缝周围的应力分布.测量了铝焊接平板表面的残余应力,得到了样品表面的焊接应力分布.实验结果表明,这种方法可以实现样品表面焊接应力的快速扫描测量,使其在材料表面焊接应力分布无损检测领域具有一定的应用价值.     

金属络合物激光物化改性研究

利用激光照射掺杂金属络合物的非金属材料,可使被照射过的区域经过敏化处理后,进行化学镀铜、镀镍等,进而形成导电通道,呈现出金属导体的性质,而没有经过激光照射的区域仍然保持原有的非金属特性。实验采用Nd:YAG激光器,经声光调制后,通过动态聚焦系统和二维振镜实现三维扫描,并经过f-theta透镜聚焦到金属络合物表面。通过调制频率1,3,10和20 kHz的激光调制进行对比实验,实现镀铜层厚度11μm以上,镀镍层厚度2μm以上,在同一种材料表面实现了金属和非金属特性共存的状态。     

超快激光辐照诱导金属钛的变化

为实现对超快激光诱导金属钛改变趋势的定性控制及材料改变范围的定量控制, 开展了飞秒和皮秒脉冲激光分别与金属钛烧蚀的对比实验研究。随后使用激光扫描共聚焦显微镜、X射线光电子能谱和透射电子显微镜分别就激光脉冲时间宽度变化对被烧蚀金属钛的表面形貌与烧蚀深度、化学成分、微结构状态的影响规律进行了分析。研究发现: 随着激光脉冲时间宽度从飞秒增加到皮秒量级, 被烧蚀金属钛的表面形貌质量逐渐变差, 最终烧蚀产物的化学成分愈加复杂, 微结构状态的无定形化程度也随之增加。最终认为伴随激光脉冲时间宽度增加, 金属钛中热累积效应的增强而造成被烧蚀材料内部更为严重的热与机械损伤是导致上述实验现象产生的主要原因。     

激光扫描共聚焦显微镜使用中荧光共定位的一种计算方法

激光扫描共聚焦显微镜在形态学、分子细胞生物学、神经科学和药理学等研究领域得到广泛地应用,荧光共定位计算是该仪器的一种重要应用功能.共定位计算的结果为肿瘤治疗过程中药物与肿瘤的作用机理研究提供了依据之一,推动了肿瘤精准定位治疗的发展.随着科技的进步和科研的深入,人们对共定位的分析结果要求越来越高.本文提出的激光共聚焦显微镜荧光共定位计算方法,通过3D构建和反卷积,获得了更加真实的荧光共定位计算结果.     

Identification of hemodynamically optimal coronary stent designs based on vessel caliber

Coronary stent design influences local patterns of wall shear stress (WSS) that are associated with neointimal growth, restenosis, and the endothelialization of stent struts. The number of circumferentially repeating crowns N(C) for a given stent design is often modified depending on the target vessel caliber, but the hemodynamic implications of altering N(C) have not previously been studied. In this investigation, we analyzed the relationship between vessel diameter and the hemodynamically optimal N(C) using a derivative-free optimization algorithm coupled with computational fluid dynamics. The algorithm computed the optimal vessel diameter, defined as minimizing the area of stent-induced low WSS, for various configurations (i.e., N(C)) of a generic slotted-tube design and designs that resemble commercially available stents. Stents were modeled in idealized coronary arteries with a vessel diameter that was allowed to vary between 2 and 5 mm. The results indicate that the optimal vessel diameter increases for stent configurations with greater N(C), and the designs of current commercial stents incorporate a greater N(C) than hemodynamically optimal stent designs. This finding suggests that reducing the N(C) of current stents may improve the hemodynamic environment within stented arteries and reduce the likelihood of excessive neointimal growth and thrombus formation.     

心血管支架的光纤激光切割工艺

心血管支架植入手术是目前治疗心血管疾病的首选方案之一。采用光纤激光精密切割系统,研究了激光输出功率、切割速度、重复频率、脉冲宽度、辅助气体及气压等参数对心血管支架切割质量的影响。通过实验和分析,获得了最佳切割工艺参数:输出功率为7W,脉冲宽度为0.15ms,重复频率为1500Hz,扫描速度为8mm/s,辅助氧压为0.3MPa。采用该工艺参数,切割出了高质量的心血管支架。     

TC4微织构表面液滴撞击特性实验研究

为了探究不同扫描速度下激光刻蚀钛合金微织构超疏水表面的液滴撞击特性,在工业用材TC4(Ti 6Al4V)表面进行一步成型激光刻蚀后,利用扫描电子显微镜和共聚焦电子显微镜对表面形貌进行观测,利用接触角测量仪测量表面的润湿性,利用高速摄像机实验平台捕捉液滴撞击过程。结果表明,受表面微织构和表面化学性能的共同影响,扫描速度为200mm·s-1的工况下,表面的疏水性能最佳;疏水性能好的表面由于黏性耗散低,液滴的最大铺展系数较大。     

大肠杆菌长时间观察的方法

细菌个体微小,在液体中运动性强,且有的细菌有鞭毛、菌毛等结构,增加其运动能力,因此对感兴趣的细菌长时间观察很有难度.本文采用激光扫描共聚焦显微镜,比较多聚赖氨酸或低熔点琼脂糖处理后,大肠杆菌长时间观察的效果.结果发现在多聚赖氨酸包被的培养皿上加入含1.5%低熔点琼脂糖的LB培养基、室温培养或者在多聚赖氨酸包被的培养皿上加入含6%低熔点琼脂糖的LB培养基37℃培养,大肠杆菌均可在聚焦面贴壁分裂生长.连续观察2h以上大肠杆菌没有漂离视野,实现了显微镜下清晰呈现大肠杆菌分裂生长过程的目的.     

激光扫描共聚焦显微镜在纳米毒理学研究中的应用

随着激光扫描共聚焦显微镜技术的不断更新,功能不断拓展,已成为新兴学科纳米毒理学及其交叉学科科学研究的重要工具.激光扫描共聚焦显微镜能够动态检测纳米颗粒在活细胞内的定位及其与细胞骨架、细胞内离子、生物大分子的相互作用,有助于深入研究纳米颗粒对机体的毒理学效应及其机制.     

Fabrication of hydrophobic structures on coronary stent surface based on direct three-beam laser interference lithography

To solve the problems with coronary stent implantation, coronary artery stent surface was directly modified by three-beam laser interference lithography through imitating the water-repellent surface of lotus leaf, and uniform micro-nano structures with the controllable period were fabricated. The morphological properties and contact angle (CA) of the microstructure were measured by scanning electron microscope (SEM) and CA system. The water repellency of stent was also evaluated by the contact and then separation between the water drop and the stent. The results show that the close-packed concave structure with the period of about 12 μm can be fabricated on the stent surface with special parameters (incident angle of 3°, laser energy density of 2.2 J?cm-2 and exposure time of 80 s) by using the three-beam laser at 1 064 nm, and the structure has good water repellency with CA of 120°.     

肾综合征出血热发病中不溶性免疫复合物的作用

目的：为确定肾综合征出血热（HFRS）不溶性免疫复合物（IC）在发病中的作用。方法：本研究采用HFRS病毒抗原和相应抗体在体外制备成特异性的不溶性IC,经尾静脉注射入小鼠体内,而后应用免疫荧光组织化学方法结合激光扫描共聚焦显微镜和电子显微镜观察了病毒抗原及IC在各主要脏器的分布及其致病变作用。结果：IC注射后24h,主要见于血管系统如肝血窦和肾小球毛细血管之中。IC注射72h后,IC主要存在于肾小球基底膜部位以及血管系膜中,呈细小或粗大的颗粒状。肾小球毛细血管中红细胞明确阳性。某些血管腔中仍充满荧光物质,有些荧光物质位于足细胞的胞质内。在肾小球周围的部分肾小管上皮细胞可有IC,包括抗原和C3。不溶性IC注射后168h（7d）,大多数肾小球结构接近正常,几乎看不到特异性的荧光。电镜观察发现病变以肾小球为主,发现系膜细胞伸出明显的胞质突起,并延伸至内皮和基膜之间。系膜细胞也有增生,可见沿细胞膜分布的中等数量的吞饮小泡以及胞浆中小的溶酶体颗粒。免疫沉积物可出现在肾小球系膜基质区,为不规则形,常聚集成团块状,呈散在分布,有时可见于内皮下、上皮下和/或基膜内。肾小球基膜呈不规则延伸、增厚,呈花斑状,并形成裂隙。IC注射后24h,某些毛细血管袢管腔中有血小板聚集。注射后72h,血小板聚集已不明显。某些毛细血管内皮细胞损伤严重,内皮细胞肿胀,部分区域内皮细胞突起脱落,基膜裸露。内皮细胞伸出许多绒毛状突起,互相交织融合形成拱状结构。胞浆中游离核糖体和粗面内质网增多。有些内皮细胞的胞质形成泡状结构。毛细血管管腔中充满一些电子致密的沉积物,并且这些电子致密物可通过内皮缺损与肾小球毛细血管基膜物质相连。肾小球囊壁层基膜外侧裸露,有胶原纤维形成。足细胞肿胀,突起融     

激光共焦扫描显微镜中一种新的三维重构算法

由序列断层图像恢复出目标物体的三维图像是激光共焦扫描显微镜(LCSM)系统的重要组成部分。根据精细物体表面的特点,提出了一种新的基于物体表面的三维重构算法,并应用在LCSM系统中,得到了较好的结果。