不同荧光波长的双光子共焦成像分析

研究了双光子共焦显微镜中不同荧光波长对成像特性的影响,导出了不同荧光波长的三维脉冲响应函数和三维光学传递函数并进行数值计算.研究结果表明：不同荧光波长对双光子共焦显微镜的三维光学传递函数、三维脉冲响应函数和空间截止频率产生明显的影响,随着荧光波长的增大,分辨率明显下降,但不会出现单光子共焦显微镜中的失锥现象,选取适当的荧光波长进行成像,有利于进一步改善图像分辨率和成像质量.     

小鼠卵母细胞染色体三维双光子荧光图像的轴向衰减

双光子荧光显微镜作为一种高分辨光学仪器,已经被广泛应用于生物样品的非侵入式三维光学成像中。相比共聚焦显微镜,双光子荧光显微镜拥有更深的探测深度。然而,即便如此,在对较厚的生物样品进行非侵入式光学三维成像时,样品的成像质量也往往会随着探测深度的增加而下降。在临床和生物学领域对研究母性遗传起重要作用的小鼠卵母细胞拥有较大的直径(80～100 μm),吸收和散射效应较为明显。本文研究小鼠卵母细胞染色体的三维双光子荧光图像随探测深度增加图像质量的衰减程度。通过对所得图像进行轴向衰减矫正,利用体积作为参数,将矫正前后小鼠卵母细胞内染色体三维双光子荧光图像进行对比。结果表明,由于吸收和散射效应,卵母细胞存在较严重的光学轴向衰减问题,因此,对用双光子荧光三维成像手段获得的小鼠卵母细胞图像进行衰减矫正是有必要的。这为进一步精确定量的研究卵母细胞内染色体的三维构像打下良好的基础。     

DHL细胞中5-ALA代谢PpIX的双光子荧光光谱

双光子激发生物组织荧光,激发光仅作用于焦点区域,对生物样品的光漂白性和光毒性都很小,因而双光子荧光显微技术已成为细胞生物学研究的一种新技术。文章采用波长为820 nm飞秒激光激发孵育有5-ALA的DHL细胞,在激光扫描显微镜的Lambda模式中获得单个DHL细胞的双光子荧光光谱,并测量DHL细胞内积聚的卟啉九(PpIX)特征荧光值。获得了浓度分别为2, 4和10 mmol·L-1的5-ALA溶液中,细胞代谢的PpIX含量随孵育时间的变化情况。DHL细胞内积聚的PpIX处于动态变化过程,并呈现出两阶段性的特点：细胞内积聚的PpIX含量随着孵育时间增长而增加,在3 h附近达到最大值,随后随着孵育时间增长反而下降。结果表明,基于激光扫描显微的双光子荧光光谱可成为DHL细胞等白血病细胞摄取5-ALA并生成PpIX的动力学研究的有效方法。     

基于声光偏转的高速GHz超快激光扫描技术

双光子激发显微镜是研究脑神经元活动的重要工具。基于传统机械式逐点激光扫描技术的双光子激发显微镜成像速度较慢,无法进行脑神经元活动的实时观察研究。此外,高速双光子激发显微成像需要配置高重复频率飞秒激光,以保证在较短的像素停留时间内获得较高的信息强度。本文提出了基于声光偏转的并行GHz超快激光扫描技术,通过设计射频编码方案,在920 nm波段搭建了高速GHz超快激光扫描系统。通过调整时间和空间重合,最终在15～31 MHz频率范围内获得了33个可分辨的并行GHz超快激光扫描光束,为实现高速双光子激发显微成像提供了技术支撑。     

双光子和多光子共焦显微镜的成像理论

对双光子和多光子共焦扫描显微镜的成像理论作了系统的理论分析,导出了双光子和多光子共焦显微镜成像系统的三维点扩散函数和三维光学传递函数,研究结果表明：双光子共焦显微镜比单光子共焦显微镜具有更高的横向分辨率和纵向分辨率,而多光子共焦扫描显微镜又比双光子共焦扫描显微镜具有更高的空间分辨率. 关键词：     

长时程双光子成像技术

双光子成像(Two-Photon Imaging)技术以其优越特性被广泛用于活细胞动态三维成像,但光功率极高的短脉冲光对焦平面荧光分子严重的光漂白极大地影响了双光子长时间成像的图像质量,针对双光子荧光漂白问题,本文提出一种优化光照的双光子(Optimized Lighting-Two Photon,OL-TP)成像技术。通过预扫描获取双光子图像分析高低阈值,以预设的高低阈值为标准优化一幅图像中不同区域的光照时长,利用扫描过程中记录的荧光信息和光照时间信息可以重建OL-TP图像,既保证信噪比又降低荧光漂白。重建的OL-TP图像与传统双光子图像基本一致,信噪比略有降低,但图像并未失真。对110 nm的荧光小球样本分别连续取30幅普通双光子和优化光照的双光子图像,到第30幅图时,重建后的优化光照双光子图像比普通双光子图像荧光漂白降低了28.86%。OL-TP通过优化光照时间大幅降低双光子成像的荧光漂白,使双光子荧光显微镜能够更好地对生物样本进行长时间观测。     

双光子技术在三维成像和三维存储技术中的应用

对双光子过程的空间分辨能力进行了理论分析。阐明了双光子技术在三维成像和三维存储中的独特优势。着重介绍了双光子技术与扫描共焦显微术、近场显微术相结合进行三维成像 ,以及一种多焦点多光子显微术和用连续光源激发的双光子三维成像技术的研究和进展情况。对建立在共焦显微镜基础之上的双光子三维光存储和微细加工方面的研究也作了回顾与展望     

光片荧光显微成像

在过去的20年,激光扫描共聚焦显微镜一直是在细胞水平和亚细胞水平上观察生命活动的标准工具,但是基于针孔的共聚焦显微镜的光学层切是以牺牲焦平面以外的被激发的荧光色团和较大的光毒性为代价的。作为一种新型的荧光显微镜,光片荧光显微镜采用侧向照明的方式,对样品直接进行面成像。相对于点扫描的成像方式,光片显微镜成像速度远远高于激光扫描共聚焦显微镜,使得研究一些高速的精细生命活动过程成为了可能。光片荧光显微镜的另外一个优点是只有光片处的样品才会被激发,处于光片以外的样品则不会被激发,因此光毒性较小,使得人们能够在更长的时间尺度下观察样品。正是由于光片荧光显微镜特殊的照明和成像方式,才使其在大样本的三维高速成像中起到不可替代的作用。本文简要回顾了光片荧光显微镜发展的历史及研究现状,旨在为该领域的科研人员对光片荧光显微镜的现状及未来发展方向提供个人理解。     

有机材料的双光子吸收物理特性及其应用

近年来，具有大双光子吸收截面的有机材料的物理性质及其应用的研究成为令人关注的重要研究课题。文章综述了有机材料的双光子吸收过程，物理特性以及其实验测试和研究方法，评述了有机材料的双光子吸收效应的应用，包括上转换散射，光学限幅，双光子荧光显微成像、三维光信息存储和光学微加工等。     

基于激光共焦扫描术的亚心形扁藻显微图像与光谱

采用激光共聚焦扫描显微技术,针对亚心形扁藻开展了研究.从获得的488 nm Ar+激光单光子激发的亚心形扁藻自体荧光光谱与图像,可知细胞内有一杯状叶绿体物质,其荧光峰值为682 nm,对应叶绿体发出的红色荧光.在单通道模式下,获得800 nm fs激光双光子激发的扁藻自体荧光光谱与图像,可知每个杯状叶绿体的内部有一个自体荧光更强的圆形物质.在双通道模式下,可分别获得小圆形物质的自体荧光图像,杯状叶绿体自体荧光图像,以及两个通道图像的叠加.进一步获得了双光子藻细胞荧光图的6个主要的荧光峰.采用单光子激光激发可获得亚心形扁藻叶绿体自体荧光图像及其荧光光谱,而双光子激光激发荧光光谱的多通道以及Lambda模式下采集光谱信号与图像,不仅可观察到亚心形扁藻的内部形态结构,还可能从双光子激发荧光图中研究分析亚心形扁藻生化物质的存在,灵敏度较单光子激发高.激光扫描共聚焦显微技术,特别是双光子荧光与图像技术可为海藻的检测与研究提供一种快速、实时、有效、简便的方法.     

Principles of demineralization: modern strategies for the isolation of organic frameworks. Part I. Common definitions and history

In contrast to biomineralization phenomena, that are among the most widely studied topics in modern material and earth science and biomedicine, much less is systematized on modern view of demineralization. Biomineralized structures and tissues are composites, containing a biologically produced organic matrix and nano- or microscale amorphous or crystalline minerals. Demineralization is the process of removing the inorganic part, or the biominerals, that takes place in nature via either physiological or pathological pathways in organisms. In vitro demineralization processes, used to obtain mechanistic information, consist in the isolation of the mineral phase of the composite biomaterials from the organic matrix. Physiological and pathological demineralization include, for example, bone resorption mediated by osteoclasts. Bioerosion, a more general term for the process of deterioration of the composite biomaterials represents chemical deterioration of the organic and mineral phase followed by biological attack of the composite by microorganisms and enzymes. Bioerosional organisms are represented by endolithic cyanobacteria, fungi, algae, plants, sponges, phoronids and polychaetes, mollusks, fish and echinoids.In the history of demineralization studies, the driving force was based on problems of human health, mostly dental caries. In this paper we summarize and integrate a number of events, discoveries, milestone papers and books on different aspect of demineralization during the last 400 years. Overall, demineralization is a rapidly growing and challenging aspect of various scientific disciplines such as astrobiology, paleoclimatology, geomedicine, archaeology, geobiology, dentistry, histology, biotechnology, and others to mention just a few.     

Nanoparticle decoration with surfactants: Molecular interactions,assembly, and applications

Nanostructures of diverse chemical nature are used as biomarkers, therapeutics, catalysts, and structural reinforcements. The decoration with surfactants has a long history and is essential to introduce specific functions. The definition of surfactants in this review is very broad, following its lexical meaning “surface active agents”, and therefore includes traditional alkyl modifiers, biological ligands, polymers, and other surface active molecules. The review systematically covers covalent and non-covalent interactions of such surfactants with various types of nanomaterials, including metals, oxides, layered materials, and polymers as well as their applications. The major themes are (i) molecular recognition and noncovalent assembly mechanisms of surfactants on the nanoparticle and nanocrystal surfaces, (ii) covalent grafting techniques and multi-step surface modification, (iii) dispersion properties and surface reactions, (iv) the use of surfactants to influence crystal growth, as well as (v) the incorporation of biorecognition and other material-targeting functionality. For the diverse materials classes, similarities and differences in surfactant assembly, function, as well as materials performance in specific applications are described in a comparative way. Major factors that lead to differentiation are the surface energy, surface chemistry and pH sensitivity, as well as the degree of surface regularity and defects in the nanoparticle cores and in the surfactant shell. The review covers a broad range of surface modifications and applications in biological recognition and therapeutics, sensors, nanomaterials for catalysis, energy conversion and storage, the dispersion properties of nanoparticles in structural composites and cement, as well as purification systems and classical detergents. Design principles for surfactants to optimize the performance of specific nanostructures are discussed. The review concludes with challenges and opportunities.     

近红外光谱技术在葡萄及其制品品质检测中的应用研究进展

葡萄具有丰富的营养价值、药用价值和经济价值,是世界上种植面积最大的水果之一。根据人们的消费需求及产品的贮运要求,葡萄被加工成葡萄干、葡萄汁、葡萄酒、葡萄籽油等常见葡萄制品。基于食品质量安全的关注以及高品质果蔬农产品的需求,如何快速有效地评价葡萄及其制品的质量已成为当务之急。随着无损检测技术及装备的快速发展,近红外光谱（NIR）技术因其快速、无损、精确、经济及便于在线分析的优点,也逐渐被应用在果蔬等农产品质量品质检测领域。近年来,国内外学者利用NIR技术在不损坏被检测葡萄及其制品的前提下,结合化学计量法、主成分聚类分析（PCA）、偏最小二乘判别分析（PLS-DA）、主成分回归（PCR）、偏最小二乘回归（PLSR）、支持向量机（SVM）及神经网络（NN）等数据处理方法探究了糖、酒精、酸等一般成分及色素、单宁、芳香物质等特有成分含量与有效光谱信息的关联性,以此建立了葡萄及其制品主要品质指标的定性鉴别与定量分析模型,为便携式近红外葡萄品质检测设备的研制和在线葡萄汁、葡萄酒酿制过程监测系统的开发提供了一定技术支持。文章系统概述了近十年来国内外NIR技术在葡萄、葡萄酒、葡萄汁及葡萄副产物检测中的应用现状,旨在为葡萄及其制品在后续分类鉴定与品质评价研究方面提供参考。研究表明NIR技术通过定量定性分析可实现葡萄复杂理化成分的多组分检测和分类鉴别,在测定葡萄理化特性与内部品质方面的研究已经有了一定的进展,且在葡萄酒、葡萄汁的品质过程监测和定性鉴别方面的研究应用逐渐增多,并逐步应用于葡萄皮中多酚、花青素等葡萄副产物分析,以及葡萄藤、葡萄叶营养生长状况监测等其他方面,进一步证实了NIR技术正成为检测葡萄及其制品品质的一种有效工具,为进一步提高葡萄及其制品品质价值以及实现葡萄果园的实时、高效生产管理提供了技术支持,应用前景极为广泛。如何深入挖掘葡萄及葡萄制品不同类检测数据所反映信息的内在关联性,结合视觉、味觉、嗅觉等多源信息融合技术建立预测精确度更高、更稳健的模型去全面评价葡萄生产、果园管理、成熟期收获及产后加工全过程,实现对葡萄及其制品生产全过程质量控制和在线监测将成为今后的发展趋势。     

稀土纳米金对银染效果的影响及其UV-Vis吸收光谱

制备了La,Ce,Nd,Sm,Eu,Gd,Dy微粒和纳米金,分别用La,Ce,Nd,Sm,Eu,Gd,Dy微粒替代部分的纳米金,研究了La-Au,Ce-Au,Nd-Au,Sm-Au,Eu-Au,Gd-Au,Dy-Au微粒分别对银染效果的影响及其紫外可见(UV-Vis)吸收光谱。与纳米金相比,La-Au,Ce-Au,Nd-Au,Sm-Au,Eu-Au,Gd-Au,Dy-Au微粒可延长银染后的斑点持续的时间,其中Nd-Au微粒的效果最好,斑点持续的时间为30 min,是纳米金的2.7倍;可大幅度加深斑点的颜色,其中Nd-Au,Sm-Au微粒的效果最好,用Nd微粒替代部分的纳米金,纳米金用量降低了80%,但还能提高银染法的灵敏度。在200～800 nm范围,La,Ce,Nd,Sm,Eu,Gd,Dy微粒和纳米金溶液的UV-Vis吸收光谱只有一个吸收峰,λ_max分别为275,277,276,276,278,277,278和521 nm;La-Au,Ce-Au,Nd-Au,Sm-Au,Eu-Au,Gd-Au,Dy-Au微粒混合液的UV-Vis吸收光谱有两个吸收峰,λ_max(RE)和λ_max(Au)分别为276和522 nm,276和522 nm,276和523 nm,276和523 nm,276和522 nm,276和522 nm,276和523 nm,纳米金和La微粒的吸收峰的波长发生了红移,Ce,Eu,Gd,Dy微粒的吸收峰的波长发生了蓝移,Nd,Sm微粒的吸收峰的波长不变,纳米金与稀土微粒可能有相互作用。     

Review of ultrasound combinations with hybrid and innovative techniques for extraction and processing of food and natural products

Ultrasound has a significant effect on the rate of various processes in food, perfume, cosmetic, pharmaceutical, bio-fuel, materials, or fine chemical industries, despite some shortcomings. Combination with other conventional or innovative techniques can overcome these limitations, enhance energy, momentum and mass transfer, and has been successfully demonstrated in many recent studies. Various ultrasound combined hybrid and innovative techniques are systematically summarized in this review for the first time. Ultrasound can be combined with diverse conventional techniques including Soxhlet, Clevenger, enzyme, hydrotropes, ionic liquids, Deep Eutectic Solvents (DES) or Natural Deep Eutectic Solvents (NADES), to enhance mixing and micro-mixing, reduced thermal and concentration gradients, and selective extraction. Moreover, combinations of ultrasound with other innovative techniques such as microwave, extrusion, supercritical fluid, subcritical and pressure liquids, Instant controlled pressure drop (DIC), Pulsed Electric Field (PEF), Ultra-Violet (UV) or Infra-Red (IR) radiations, Counter-current chromatography (CCC), or centrifugal partition chromatographs (CPC) can enable reduced equipment size, faster response to process control, faster start-up, increased production, and elimination of process steps. The theories and applications of these ultrasound combined hybrid and innovative techniques as well as their advantages and limitations are compared, and further perspectives are proposed. This review provides new insights into advances in ultrasound combined techniques and their application at research, educational, and industrial level in modern food and plant-based chemistry.     

工业硫磺中As,Se的测定

本文研究了工业硫磺试样的溶解和试样中砷和硒的测定方法。经典方法系采用溴 四氯化碳溶解样品 ,试剂用量大、操作繁杂、污染环境 ,且导致微量砷、硒损失。本文提出用 1mLHNO3 +1mLHClO4 溶解硫磺试样 ,试剂用量少 ,在控温电热板上处理样品操作简单 ,砷、硒无损失。在盐酸介质中 ,用HG ICP AES法一次取样依次测定砷、硒。方法检出限分别为 0 6和 0 7ng·mL-1,方法的RSD(n =8)分别为 2 1%和 1 9% ,加标回收率分别为 99 6 %和 10 1%。     

绿松石成分的EDXRF方法研究

利用激光剥蚀电感耦合等离子体质谱仪(LA-ICP-MS)测试方法对来自湖北的26块表面相对干净、颜色均匀的绿松石样品进行定值,每个样品表面按照“田字格”的方式逐一测试9个点,用于评价绿松石成分的均匀性。数据结果显示,绿松石样品中Al,P,K,Cu,Fe,V,Cr和Zn的平均变异系数在5.4%以下,而CaO和SiO₂的平均变异系数分别为34.8%和16.2%,说明绿松石中Si和Ca元素存在明显的不均匀性。选取其中的21个样品作为参考标准样品,5个作为未知样品,采用能量色散型X射线荧光光谱仪(EDXRF)建立绿松石的工作曲线,用于测定绿松石的成分。研究结果显示主量元素Al,P和Cu工作曲线的相关系数在92.3%~94.3%之间,平均相对误差在4.6%~9.7%;微量元素Fe,Cr和Zn的相关系数达到0.990以上,K和V元素工作曲线的相关系数分别为0.939和0.972,这五种元素平均相对误差范围在7.2%~13.9%;而Si和Ca元素工作曲线的相关系数分别为0.958和0.866,且在5个未知样品中,Si和Ca元素的平均相对误差分别为348%和27.8%,这与绿松石中Si和Ca元素的含量低和不均匀性,以及仪器方法的检出限等影响因素有关。重复性实验显示Al,P,Cu,Fe和Zn元素的相对标准偏差(RSD)均在1%以内,精密度较高;V,Cr,K,Ca和Si元素的RSD在1.34%~10.17%之间。该研究为快速、准确、无损地定量测定绿松石中Al,P,Cu,Fe,Cr,Zn,V和K等元素的含量提供了一种新思路和新方法,可运用于实验室的绿松石检测鉴定。     

火焰原子吸收光谱法测定磁化杯中铅、镉和铁

本文研究了火焰原子吸收光谱法测定磁化杯陶瓷内胆中Ｐｈ、Ｃｄ和Ｆｅ含量的方法。样品经粉碎，用硝酸－高氯酸混合液进行消解后测定。本法灵敏度高，干扰少，简单，快速，具有良好的精密度和准确度，其相对标准偏差分别为Ｐｂ３．９９％，Ｃｄ１０．７％，Ｆｅ０．９％。回收率Ｐｂ１００．６１％，Ｃｄ１０１．１８％，Ｆｅ１０２．４％。     

Physical properties and device applications of graphene oxide

Graphene oxide (GO), the functionalized graphene with oxygenated groups (mainly epoxy and hydroxyl), has attracted resurgent interests in the past decade owing to its large surface area, superior physical and chemical properties, and easy composition with other materials via surface functional groups. Usually, GO is used as an important raw material for mass production of graphene via reduction. However, under different conditions, the coverage, types, and arrangements of oxygen-containing groups in GO can be varied, which give rise to excellent and controllable physical properties, such as tunable electronic and mechanical properties depending closely on oxidation degree, suppressed thermal conductivity, optical transparency and fluorescence, and nonlinear optical properties. Based on these outstanding properties, many electronic, optical, optoelectronic, and thermoelectric devices with high performance can be achieved on the basis of GO. Here we present a comprehensive review on recent progress of GO, focusing on the atomic structures, fundamental physical properties, and related device applications, including transparent and flexible conductors, field-effect transistors, electrical and optical sensors, fluorescence quenchers, optical limiters and absorbers, surface enhanced Raman scattering detectors, solar cells, light-emitting diodes, and thermal rectifiers.     

非线性有机材料DAST的研究及应用

随着光通信、光信息处理技术等的快速发展,非线性光学材料越来越受到学术界与工业的关注。与无机非线性光学材料相比,有机非线性光学材料具有响应时间短、易于加工和高非线性系数等优点。其中,4-(4-二甲氨基苯乙烯基)甲基吡啶对甲苯磺酸盐(DAST)是人工设计的一种具有非中心对称性和较强极化率的有机非线性材料。大量理论和实验结果表明,DAST具有高二阶光学非线性系数、高电光系数、大双折射率差和低介电常数等特性,能够产生更快、更强的光学非线性响应,还具有优异的太赫兹波发射及吸收性能,是目前综合性能最优、应用最广、最具研究价值的非线性有机材料。近年光谱研究显示,DAST还表现出各向异性的太赫兹光谱特性。文章系统地总结了DAST晶体在太赫兹波发射、二次谐波产生、电光探测和电光调制等众多领域的国内外研究成果,还概括了我们团队近期在DAST基薄膜、太赫兹光谱、光电特性、超材料等新领域的研究进展。此外,还提出将准相位匹配法用于DAST晶体研究、利用电场或自组装膜诱导生长DAST晶体等新思路。对DAST成果的总结和梳理,将促进非线性DAST有机材料在电光调制器、频率转换器、THz探测器等重要领域的应用与理论研究,使其能够更加广泛地应用在光通信、光信息处理、军事技术等重要领域。