四路频分复用荧光共焦显微探测系统实验研究

报道了采用全息聚合物分散液晶(H-PDLC)布拉格光栅阵列斩波调制的四通道频分复用荧光共焦显微探测系统的实验研究。通过高衍射率H-PDLC布拉格光栅将单束激光分成四束激发光并进行不同频率的载频调制,将激发光聚焦到生物样品上产生荧光信号并采集后,再通过傅里叶变换、滤波和解调,最后将采集到的信号还原成四路荧光信号强度随时间变化的曲线。实验搭建了激发光中心波长为405 nm的四路频分复用荧光探测系统,并成功探测到鼠神经海马细胞样品中激发的四点荧光信号的图像以及强度变化信息。     

利用共焦显微成像系统实现磷光寿命时域测量

在光路中加入斩波器，将共焦显微成像系统中Ar^ 激光器产生的连续光转换为脉冲光，实现对样品的脉冲激发。共焦成像系统以灰度值同时记录了激发光和样品发射磷光的强度变化信息。通过对磷光强度衰减的时间分辨分析，实现对磷光寿命的测量。利用此系统成功地实现了对置于不同环境中的磷光探针氧卟啉（Oxy-Phor R2）衰减寿命的测量。     

高分辨率激光共焦显微成像技术新进展

共焦显微镜因其高分辨率和能三维立体成像的优点被广泛应用在生物、医疗、半导体等方面.文章首先分析了影响共焦显微镜分辨率的因素,主要有光源、探测器孔径和杂散光等;并结合这些因素介绍了双光子共焦显微镜、彩色共焦显微镜、荧光共焦显微镜、光纤共焦显微镜;然后从提高系统成像速度的方面介绍了波分复用共焦显微镜和频分复用共焦显微镜;最后分析了共焦显微镜的发展趋势.     

新技术促进了多光子成像的发展

近年来,超快激光脉冲技术对微生物领域内细胞和亚细胞结构的共焦荧光显微术有了越来越大的影响。通过多光子吸收,这些脉冲可以获得活细胞的三维图像,空间分辨率达到微米量级。目前,研究人员利用一些长波技术拓展了多光子成像,这些技术借助于最新一代超快光参量振荡器（ＯＰＯ）及光参量放大器（ＯＰＡ）,不再要求样品中存在一个标记或荧光团。这些技术为探测光学纤维和集成电路（ＩＣ）这样完全不同的物质提供了潜力。多光子显微技术共焦显微镜采用高数值孔径（ＮＡ）的物镜将激光束聚焦到样品内一点处,该样本含有荧光标记（荧光团）…     

近红外二区共聚焦显微技术的进展及应用（特邀）

共聚焦显微镜具有较高的空间分辨率和信号背景比,能对生物样品进行三维层析成像,在医学与生物学领域有着广泛的应用。近红外二区（NIR-II,900~1 880 nm）波段的光在生物组织中具有适中的吸收、较低的散射,以及非常弱的生物组织自发荧光,因此,NIR-II荧光活体成像具有大深度、高对比度等优势。点激发、点探测的NIR-II共聚焦显微技术结合了上述二者的优势,在大深度生物成像中具有高空间分辨率和高信号背景比等优点,因此在生物医学领域得到了广泛应用。此综述将从NIR-II共聚焦显微技术的原理出发,阐述其发展进程、以及基于此项技术开展的生物医学成像应用,探讨NIR-II共聚焦显微技术未来的改进和发展方向。     

基于数字微镜器件多路频分复用荧光显微镜的实验研究

设计了基于数字微镜器件(DMD)的荧光显微镜探测系统。该系统不仅能对样品实现荧光成像,而且能探测不同区域样品激发荧光信号能量的实时变化。实验采用DMD快速加载多通道不同帧率的视频信息,实现了对激发光束的分割与频率调制。采用光电倍增管采集样品的荧光信息,荧光信息经模/数转换处理后再进行傅里叶变换、滤波和解调操作,得到了不同信道区域荧光信号强度随时间变化的曲线。实验结果表明,将DMD加入到荧光显微镜系统中可以加快集成多通道,且计算机可调控DMD通道,能有效提高荧光显微镜的探测效率。     

小鼠大脑飞秒双光子荧光三维显微成像研究

双光子荧光(two-photon fluorescence,TPF)显微成像技术借助荧光探针实现样品中被标记成分的特异性成像，具有天然的三维层析能力、高成像深度与空间分辨率、以及更小的光漂白与光损伤，已经发展成为化学、医药学和生命科学领域的一项重要研究工具。文中通过分析高斯光束复振幅在空间中的分布，推导出TPF信号的纵向与径向分布公式，以此估算出文中的TPF显微成像系统的横向分辨率为453 nm，纵向分辨率为2.087μm。使用飞秒激光器作为激发光源，搭建了TPF显微成像系统。在800 nm波长的飞秒脉冲激发下，测量了罗丹明B溶液的TPF光谱，从而选择636～703 nm作为显微成像的荧光探测窗口。随后开展了对罗丹明B染色的小鼠大脑切片的TPF显微成像实验研究，利用断层扫描成像的方式获得了小鼠大脑切片在0～14μm深度内的荧光强度分布。通过三维重构完成了对生物样品的三维立体成像，获得了小鼠大脑中灰质与白质在不同深度的分布情况，实验结果证明了搭建的显微成像系统具有优异的成像深度与空间分辨能力。     

共聚焦荧光寿命显微系统

提出一种集成了激光扫描共聚焦显微术和荧光寿命测量技术的共聚焦荧光寿命显微系统,用于观察生物细胞等样品微观结构以及对环境条件信息成像。通过配合使用空心角锥棱镜和平面反射镜简化光路调整,成功搭建系统。实验结果显示,系统的空间分辨率能达到约180nm,荧光寿命时间分辨率达到约20ps。本文系统能为生物细胞学、材料学等学科研究提供直观途径。     

基于DCO-OFDM与PAM-DMT的混合传输系统性能研究*

针对可见光通信(Visible Light Communication,VLC)系统中传统非对称限幅光正交频分复用(ACO-OFDM)及直流偏置光正交频分复用(DCO-OFDM)系统存在的不足,提出了一种基于DCO-OFDM与脉冲幅度调制-离散多音频调制(PAM-DMT)混合技术传输方案,并给出了一种接收端低复杂度信号检测算法.该混合传输系统不仅可以通过改变调制方式以得到更为灵活的数据传输速率,还可以在相同数据速率下叠加较小的直流信号.最后通过蒙特卡洛仿真验证了所提设计的有效性.     

基于单边带调制的直接探测光OFDM-RoF系统研究

研究基于单边带调制(SSB)的直接探测光正交频分复用-光载射频(OFDM-RoF)系统的性能。10Gbit/s的二进制数据信号经过QAM符号映射和OFDM调制后,与10GHz射频信号混频并驱动双电极LiNbO3马赫-曾德尔调制器(LN-MZM)产生SSB-OFDM信号,调制信号通过光纤传输至基站,进行直接探测转换为毫米波电信号后再无线发送到用户端。仿真结果证实,OFDMRoF系统在4QAM和16QAM两种调制格式下的EVM都满足FEC的要求。同时,理论分析并仿真验证存在一个最佳调制指数可以使信号传输性能达到最佳,并且最佳调制指数与光纤长度无关。     

荧光共焦显微术与多光子显微术的差别

共焦显微术和多光子显微术因其可以对厚的生物样品实现光学断层成像，因而在生物医学等领域具有广泛的应用前景，本文详细综述了共焦显微术和多光子显微术在成像原理及特性等方面的差别，在此基础上，讨论了每种显微术各自的优点、局限性及应用前景。     

荧光显微镜的成像原理及其在生物医学中的应用

随着科学技术的快速发展,荧光显微镜成像在生物医学领域的应用越来越广泛.常见的荧光显微镜大致可分为普通荧光显微镜、激光扫描共聚焦显微镜、超分辨率显微镜和多光子激光扫描显微镜.本文详述了几种常见显微镜的原理、特性及其在生物医学中的应用.     

Photophysics of Conjugated Oligoelectrolytes Relevant to Two-Photon Fluorescence-Lifetime Imaging Microscopy

Conjugated oligoelectrolytes (COEs) comprise a class of cell-membrane intercalating molecules that serve as effective optical reporters. However, little is known about the photophysical properties of COEs in biological environments such as buffers, cell membranes, and intracellular organelles, which is critical to optimize performance. Herein, how COE self-assembly depends on the dielectric environment (polarity and ion content) is explored based on the representative molecule 6-ring phenylenevinylene (PV) conjugated oligoelectrolyte (COE-S6), and its optical properties within mammalian cells are subsequently studied. Two-photon fluorescence lifetime imaging microscopy (FLIM), confocal laser scanning microscopy, and optical properties in solutions are brought together to obtain information about the location, accumulation, and characteristics of the local surroundings. FLIM imaging lifetime phasor plots, decays, and fluorescence spectra on stained mammalian cells provide evidence of successful COE-S6 internalization via endocytosis. The fluorescence lifetime of COE-S6 is identical when in A549 mammalian cells and in giant unilamellar vesicle model membranes, thereby providing a correlation between living system and artificial constructs.     

光谱共焦测量技术综述

测量技术正不断向着精密化、智能化、集成化的方向发展,具有代表性的光谱共焦测量技术是在激光共焦显微技术的基础上发展而来,利用色散原理和光谱仪解码分析实现高精度测量。光谱共焦测量技术可进行位移测量、三维重建、表面粗糙度检测和厚度检测,具有无接触、高效率、在线测量等优点,在精密测量中发挥着重要作用,被广泛应用于微电子、工程材料、生物医学和航空航天等领域。近年来,光谱共焦系统在光学系统结构、光学镜头设计、光源优化和数据处理算法等各个方面取得了重大进展。文章对光谱共焦测量技术进行综述,论述了光谱共焦测量技术相较于其他测量方法的优势,综述了光谱共焦技术的测量原理、发展历程与应用进展,并对光谱共焦测量技术的发展趋势进行了展望。     

双频干涉共焦台阶高度测量系统

提出了一种以低频差横向塞曼双频激光器作光源的外差干涉共焦显微测量系统 ,该系统通过共焦显微的光强测量进行粗定位 ,其轴向台阶高度测量范围在 5 μm以上。同时采用相位测量技术 ,实现了对半波长的 36 0 0细分 ,从而使测量分辨率达到 0 1nm。由此同时满足了高测量精度和较大测量范围的要求。实验结果表明系统在没有恒温的普通实验室条件下 1h内的漂移不超过 15nm ,与差动纳米双频干涉仪的比对结果线性系数在 0 9999以上 ,非线性误差约 10nm。     

自适应光学高分辨率共聚焦显微成像技术

生物样品折射率的空间变化导致了光学畸变的产生,这种畸变对于共聚焦显微镜观察厚的生物样品和活体体内组织成像是一种严重的限制。自适应光学(AO)技术是通过快速反应的变形镜使镜面发生形变来补偿像差,在共聚焦显微镜中应用自适应光学技术可以校正光学畸变,观察深层组织活动,进行活体成像和实时检测。详细分析了共聚焦显微镜中像差的来源及光学畸变的特点,讨论了目前在共聚焦显微镜中自适应光学校正的方案及研究现状,讨论了共聚焦显微镜中自适应光学的波前传感器、畸变测量和波前校正器,并探讨了目前超高分辨率显微成像技术的发展方向。     

Labeling and Tracking P2 Purinergic Receptors in Living Cells Using ATP‐Conjugated Quantum Dots

It has been increasingly recognized that adenosine‐5′‐triphosphate (ATP) signaling through P2 purinergic receptors has a diverse influence on cell functions and human health. In this contribution, a simple and non‐invasive method to specifically label P2 receptors using ATP‐conjugated quantum dots (QDs) is demonstrated. In addition, the endocytosis, vesicular trafficking, and recycling of QD‐labeled P2 receptors are studied under different physiological conditions using confocal and total internal reflection fluorescence microscopy.