基于高光谱成像反射和透射技术的雨生红球藻叶绿素含量研究

通过高光谱成像仪采集雨生红球藻(Haematococcus pluvialis)反射和透射的光谱信息,结合化学计量学方法,对雨生红球藻叶绿素a、叶绿素b含量进行预测。比较了5种预处理方法[原始光谱(raw)、基线校正(baseline correction,BO)、卷积平滑(Savitzky-Golay smoothing,SG)、多元散射校正(multiplicative scatter correction,MSC)、变量标准化(standard normal variate,SNV)],并结合偏最小二乘回归(partial least square,PLS)建模的结果,选择较好的预处理方法后采用连续投影算法(successive projections algorithm,SPA)提取特征波长,并比较3种建模算法[PLS、多元线性回归(multiple linear regression,MLR)、最小二乘支持向量机(least square support vector machine,LS-SVM)]的预测结果,选择效果较好的建模算法用于预测叶绿素含量。其中,高光谱成像反射法对叶绿素a含量的预测,显示SNV预处理算法和SPA-MLR建模算法的效果较好,预测的剩余预测偏差(residual predictive deviation,RPD)达到3.429 6;高光谱成像透射法对雨生红球藻叶绿素a含量的预测显示,BO预处理算法和SPA-LS-SVM建模算法的效果较好,预测的RPD值达到3.156 3;同样地,对于高光谱成像反射法和透射法雨生红球藻叶绿素b含量的预测,显示均是采用BO预处理算法和SPA-MLR建模算法的效果较好,预测的RPD值分别为1.822 1和2.013 2。研究表明,采用高光谱成像反射和透射系统,通过一定的预处理结合建模算法可以对雨生红球藻叶绿素a、叶绿素b含量进行预测,为叶绿素a、叶绿素b含量的检测提供了1种新的方法。     

肿瘤靶向特异性光学分子探针的结构与设计策略

肿瘤是目前严重影响人类健康的疾病之一,传统的检查方法难以从分子水平早期诊断肿瘤。光学分子成像技术是一种采用光学成像,通过分子荧光标记靶向目标,形成光学分子影像进行肿瘤早期非侵入诊断的方法。光学分子探针是光学分子成像技术的核心,如何设计出具有靶向性和高度亲和力的理想探针成为当今研究的热点。同时随着新型成像仪器的开发和光学分子探针的不断发展,光学成像技术将不断完善,成为临床分子水平早期诊断肿瘤的重要方法。     

荧光-磁共振双模式多功能纳米生物成像探针的制备及应用

为了开发具有荧光-磁共振双模式成像功能的生物成像探针,有效结合磁共振和荧光2种成像技术的优点,本论文以具有良好单分散性和水溶性的超顺磁性钴掺杂的氧化铁纳米粒子Co_(0.9)Fe_(2.1)O_4为前驱体,将铕(Ⅲ)与4′-苯基-2,2′:6′,2″-联三吡啶-6,6″-二甲胺四乙酸的荧光配合物(PTTA-Eu~(3+))及癌细胞靶向识别分子叶酸(FA)与纳米粒子共价偶联,制备出了1种具有长寿命荧光、超顺磁性(横向弛豫时间T2加权磁共振成像功能)及癌细胞靶向识别性能的多功能纳米生物探针PTTA-Eu~(3+)-CoFeO-FA。这种纳米生物探针不仅可发出铕(Ⅲ)配合物特有的长寿命红色荧光信号,还具有良好的T2加权磁共振成像(MRI)造影剂功能(纳米粒子水溶液的质子横向弛豫速率r_2达183.7L/(mmol·s),使其既可用于癌细胞的时间分辨荧光成像测定,也可用于活体动物的磁共振成像检测。利用所制备的新探针成功地实现了小鼠单核巨噬细胞白血病细胞Raw 264.7的时间分辨荧光成像和昆明鼠的活体T_2加权磁共振成像检测。     

软骨退变的显微荧光光谱研究

采用显微成像荧光光谱系统对退变(病变)的软骨及健康软骨样本不同深度位置进行显微探测和荧光光谱采样。结果显示:在非钙化区,退变样本的340/414nm荧光光谱强度低于健康样本,而在钙化区和骨质区,退变样本荧光强度则高于健康样本;2类样本在钙化区和骨质区的荧光光谱强度均高于非钙化区。这些现象可能是由于退变发生时,糖基化终产物(advanced glycation end products,AGE)大量积累,破坏了胶原网络的完整性,导致非钙化区荧光强度减弱;而在钙化区及骨质区发生了形态和构成上的改变,导致荧光强度增强。同时,从软骨到骨质的变化过程中,胶原的主要构成从Ⅱ型变成了Ⅰ型,导致骨质区荧光强度增加并发生红移。本文为利用显微成像荧光光谱技术研究关节软骨提供了一定的实验依据和病变特征,有助于相关疾病的早期监测及诊断研究。     

荧光碳量子点的合成与生物成像应用及生物安全性研究进展

荧光探针在生命科学领域被广泛应用于生物成像领域.随着纳米技术的迅速发展,一些新类型的纳米荧光探针应运而生.荧光碳量子点(carbon dots)以其良好的生物相容性、优异的的抗光漂白能力、长荧光寿命和宽荧光光谱区域,在生物成像方面有广泛的应用前景.重点关注近年来碳量子点在合成、生物成像以及生物安全性方面的进展,对开发成更安全和更灵敏的碳量子点探针进行了探讨.     

基于主成分分析的荧光分子断层成像

随着全角度非接触式成像系统的开发与应用,较大规模的多投影荧光数据能够降低荧光分子断层成像(FMT)重建问题病态性,提高重建图像质量,已广泛应用于逆问题。但采用如此大规模的数据进行重建需要消耗大量的计算内存和花费较长的计算时间。为了解决该问题,采用主成分分析对原始FMT投影数据降维,在此基础上结合稀疏正则化算法进行重建。设计了圆柱仿真实验和数字鼠仿真实验。实验结果表明,在不影响重建结果的前提下,经过主成分分析降维后投影数据规模减小,FMT的重建时间缩短大约10倍。     

高表达Snail蛋白诱导黑色素瘤EMT细胞模型的构建及鉴定

目的:构建稳定表达Snail蛋白的可用于肿瘤上皮-间质化研究的肿瘤细胞模型。方法:采用亚克隆方法从质粒pCMV6-mSnail中PCR扩增小鼠Snail基因,连接至表达质粒pL-tdTomato-Neo,筛选重组质粒并经双酶切及测序鉴定。构建成功的重组质粒pL-tdTomato-mSnail转染小鼠黑色素瘤B16细胞,G418筛选稳定细胞株。采用荧光定量PCR和Western blot技术检测胞内Snail及上皮/间质标志物的变化。建立裸小鼠皮下移植瘤模型,活体成像系统观测移植瘤。结果:重组质粒pL-tdTomato-mSnail成功构建,其稳定转染株B16/dT-mSN胞体发出强烈红色荧光。胞内Snaill水平显著上调,E-钙粘蛋白下调,波形蛋白表达上调,呈现典型的上皮-间质化表型。结论:成功获得稳定高表达小鼠Snail蛋白的EMT细胞模型,且可用于体内外荧光成像观测,为研究Snail蛋白在介导肿瘤EMT过程中的生物作用提供了重要的实验工具。     

Offner型高光谱成像系统的设计

在分析曲面棱镜特性的基础上,研究了系统的光谱分辨率与曲面棱镜结构之间的关系,给出了系统初始结构的计算方法;设计了可见光谱段的高光谱成像系统,其中曲面色散棱镜由冕牌玻璃和火石玻璃组合而成,用以减小光谱分辨率的非线性以及提高系统的成像质量;采用Zemax光学设计软件对系统进行优化,在400~800nm谱段内,平均光谱分辨率优于5nm,谱带弯曲均小于0.085个像元,谱线弯曲均小于0.092个像元。     

间苯二甲酸-罗丹明B衍生物的合成及对Fe~(3+)的识别

设计并合成了一种新型罗丹明B衍生物荧光分子探针RBA,研究了其光谱性能及对Fe3+的识别作用。结果表明:RBA在三羟甲基氨基甲烷—盐酸缓冲溶液和乙醇/水溶液形成的混合介质中,对Fe3+有高选择性、高灵敏性的荧光检测。在pH为7.0,553/576 nm条件下,随着Fe3+的浓度递增,RBA荧光强度呈现显著线性增强。其荧光增强主要是由于Fe3+诱导了分子中的酰胺闭环结构发生开环,导致分子结构的共轭程度增大。此外,RBA对其他常见金属离子Cu2+,Ag+,Zn2+,Cd2+,Hg2+,Na+,K+,Mg2+,Ba2+,Mn2+,Co2+,Ni2+和Pb2+等的硝酸盐溶液几乎不引起紫外-可见光谱和荧光光谱变化。     

2-(2-(吡啶)-3(吡啶-2-甲基)咪唑)甲基吡啶的合成与荧光性质

合成了2-(2-(吡啶)-3(吡啶-2-甲基)咪唑)甲基吡啶分子,并得到了此分子单晶,对其进行了元素分析、红外光谱分析、荧光光谱分析、单晶及粉末X射线衍射表征。结果表明:化合物晶体学不对称单元包括一个独立的有机分子,各个分子之间依靠连续的C-H···π作用扩展成平面的层状结构。此外化合物在室温下还表现出较强的蓝色荧光发射。