生物光子的相干性

所有活的生物都有自发的微弱发光，它与生命运动的许多基本过程和生物的许多重要功能有着内在联系，以ｐｏｐｐ为首的生物物理学家认为这种发光全部或部分来自生物体内存在的高度相干的电磁场，并把这样来源的光子叫做“生物光子”。文章介绍了支持生物光子相干性的主要实验事实，即生物体内远离热平衡态的激发态能级分布、生物群体发光的非线性效应和“延迟发光”的双曲线衰减动力学，还介绍了实验验证生物光子相干性的光子计数统计。     

生物光子的物理特性及其生物学意义

生物光子是指活生物体内的(或由生物体发出的 )弱光子. 现在生物光子发射已是人们公认的普遍现象,它的强度在几个到几百个光子 /s·cm2. 生物体内的弱光子起源于体内的非定域的相干电磁场,是受生物体内相干场调节的. 文章介绍了生物光子的非线性、生物体受激发后再发光的双曲线式的衰减过程以及生物光子计数概率的统计分布服从泊松分布和亚泊松分布等实验结果,就生物光子场的相干性及其在细胞通讯、进而在生物调节上的重要作用进行了阐述,从物质结构与光子场相互作用的角度对生物光子的发生及其生物学意义进行了一些讨论.     

生物光子图像的探测概率和极限

分析了生物超微弱发光的光子图像特点,从而看出对光子图像进行统计研究的必要,讨论了生物超微弱发光的统计分布,分析了生物超微弱发光在光子成像系统中的探测概率和光子图像的探测极限。     

生物光子学进展

本文从生物特性研究中的光子学技术、生物体的超弱发光、光与生物系统的相互作用和生物光子材料四个方面阐述了生物光子学的最新发展,介绍了各项研究工作的重要意义和发展方向.     

生物受激发光的管流实验研究

构建了管流场刺激下的生物受激发光实验平台,分析了管流场中的水动力特性和影响生物受激发光的水动力因素。采用光子计数器测量了3种腰鞭毛虫在管流刺激下的受激发光特性。实验结果表明:海洋生物体受激发光的水动力影响因素是流场剪应力,引起生物体发光的剪应力存在剪应力阈值,只有当剪应力大于阈值,生物体才能被激发发光。根据生物体种类的不同,刺激生物受激发光的剪应力阈值为0.05~0.29N/m2。通过对实验数据的分析得出了生物受激发光的发光强度与剪应力的关系。     

Monte Carlo方法模拟光在生物组织中传播的新进展

Monte Carlo方法已被广泛用于模拟复杂的随机介质如生物组织中光的辐射传输.在生物光子应用中,早期的Monte Carlo模拟模型忽略了光在组织中传输的波动性,而用中性粒子光子包来模拟其传播过程.然而,许多光学诊断技术是基于光在组织中的偏振效应和多重散射的相干性来揭示组织的生理和病理信息,这就要涉及光辐射的波动性.本文阐述了用Monte Carlo方法模拟光在生物组织中传播的最新进展.     

生物系统超微弱光子辐射的光谱分布特性及生物光子场的相干性

设计了一种能够在不同的光谱波段范围内测试超微弱光子辐射(UPE)的实验装置,并成功地进行了生物样品在不同波段内的UPE测试.测试结果表明:从紫外、可见光到红外的宽波段范围内均存在着UPE;从而进一步获得重要结论:UPE几乎与波长无关.这一结论对于证明生物光子场的相干性具有重要意义.     

生物系统超微弱光子辐射的光谱分布特性及生物光子场的相干性(英文)

设计了一种能够在不同的光谱波段范围内测试超微弱光子辐射 (UPE)的实验装置 ,并成功地进行了生物样品在不同波段内的 UPE测试 .测试结果表明 :从紫外、可见光到红外的宽波段范围内均存在着 UPE;从而进一步获得重要结论 :UPE几乎与波长无关 .这一结论对于证明生物光子场的相干性具有重要意义 .     

生物光子的孤子特征及弱激光与生物分子相互作用分析

存在于活的生物系统的超弱自发光子辐射,是生物分子从高能态向低能态的跃迁所发射的光子.根据Frhlich理论,活的生物系统是一个高度有序、高度相干性的开放系统,其运动状态具有内部协同作用的集体效应,并可看作许多同类振子的集合,当振子因某种原因处于激发态后,其必然会跃迁同基态,从而发射出光子.可导出此过程遵守Sine-Gordon方程,是典型的孤子方程,说明牛物光子在活的牛物系统中的传播具有孤子特征,使生物光子能成为生物系统信息的良好携带者,町以通过对牛物光子的测量析获得牛物系统内的信息.由于弱激光的作用,可将生物振子激发到激发态,处于激发态的分子,将跃迁到低能态,并发出光子,此过程有弛豫效应,并导出相关公式.     

光子晶体对稀土上转换发光的调控

稀土掺杂上转换材料由于其高化学稳定性、低生物毒性,在发光显示、防伪和生物成像等领域得到了广泛的应用。稀土掺杂上转换材料的基质晶格和掺杂离子决定着其发光强度和颜色。光子晶体(PCs)是折射率不同的材料在空间周期性排列形成的有序结构,其最显著的特征是具有光子禁带(PBG)。波长位于光子禁带内的光不能透过光子晶体而被反射回来,因而光子晶体具有优异的光调控能力。本文综述了一维、二维和三维光子晶体对稀土上转换发光调控的进展,介绍了利用光子禁带与上转换荧光发射峰的相对位置对发光进行控制的方法。重点从蛋白石结构和反蛋白石结构两个方面论述了三维光子晶体对上转换发光的调控:对于反蛋白石光子晶体,综述了利用上转换材料构筑反蛋白和利用其他材料构筑反蛋白,通过布拉格反射调控上转换材料的发光;对于蛋白石光子晶体,论述了利用不同折射率胶体微球构筑三维光子晶体对稀土上转换发光进行调控。最后总结了利用等离子体共振和光子禁带共同作用调控上转换发光的研究现状,并展望了利用光子晶体调控上转换发光的发展方向。     

显微光子计数成像系统及其应用

光子计数成像系统可以探测生物超微弱发光,但是只能探测生物的宏观图像,若要深入到细胞、分子水平,必须有显微光子计数成像系统。二者的区别类于显微光子计数成像系统是噪声受限系统。本文报道的显微光子计数成像系统,采用＾１４Ｃ同位素光源来监测系统的状态,保证实现极限探测。该系统可以用来研究痕量生物分子的分布和功能,显示钙离子在细胞内外的分布,活性氧、基因表达的监测等。由单光子到单分子、组织学图像到功能图像的     

流场刺激下海洋生物发光的光学特性及数理模型

生物受激发光探测是一种感知水中目标的新技术、新手段。选取多边膝沟藻、夜光虫和月芽形梨甲藻3种典型海洋受激发光生物体为对象,采用光谱仪、光子计数器、库埃特流场旋转圆筒等装置搭建了生物受激发光实验平台,研究了不同刺激下生物体受激发光的光学特性,并在此基础上结合概率论和数理统计理论,建立了流场刺激下的生物发光的数理模型。结果表明:发光藻的发光具有较好的单色谱特性,峰值波长集中在472 nm左右,谱线的半波宽度为30～40 nm。发光藻的发光随着机体的疲劳而变弱,但发光能力随着机体的休息会慢慢恢复。同种刺激条件下,3种藻发光强度的强弱依次为月芽形梨甲藻、夜光虫、多边膝沟藻。     

双模双光子Jaynes—Cummings模型中内在相干性的解除

给出了受Ｍｉｌｂｕｒｎ方程控制的双模双光子Ｊａｙｎｅｓ－Ｃｕｍｍｉｎｇｓ模型的精确解。由于内在消相干性的存在，原子反转以及双模光场的平均光子数随时间演化而衰减，同时光子的反聚束效应及双模光场的相干性也受到内在消相干性的影响。     

淀粉自由基弛豫发光

为了研究淀粉自由基的变化规律,以生物光子辐射理论为基础.根据化学发光的动力学模型,建立了淀粉自由基的发光动力学方程,并根据自由基发光强度与自由基浓度的关系,通过分析得到了淀粉自由基的湮没方程,得到了光强随时间的变化函数.通过拟合发现,函数在不同温度下随时间的变化曲线与实验曲线的相关系数都在0.98以上,能很精确地刻画自由基的弛豫发光规律.     

双棱镜干涉研究光源的相干性

空间相干性问题来源于扩展光源不同部分发光的独立性,表现在波场横向相干范围;时间相干性来源于光源发光过程在时间上的断续性,表现在波场的纵向相干范围. 本文从干涉条纹的可见度出发,对双棱镜干涉实验中的相干性问题进行分析讨论,推导出相干长度和临界宽度公式,给出双棱镜干涉实验测量光波临界宽度和相干长度,以及估测滤光片单色性的实验方法.     

H_2O_2胁迫下菠菜叶片延迟发光动力学过程的分析

从生物延迟发光的机理出发,建立了生物延迟发光动力学方程,发现菠菜叶片的延迟发光随时间按双指数规律衰减,表明菠菜叶片延迟发光来源于快项和慢项两个发光系统,其动力学行为可以通过发光动力学参数积分强度、初始光子数和衰变时间定量描述。用体积分数为10%的H2O2溶液处理菠菜叶片,随着处理时间的延长,延迟发光积分强度和初始光子数快速降低,积分强度和初始光子数的变化呈正相关,表征快相和慢相发光特征的两个衰变时间表现出逐渐减小的趋势。积分强度和初始光子数的变化代表了叶片的光合能力和代谢强度的下降,衰变时间的变化暗示H2O2可能对叶片PSⅡ中D1和D2两条多肽造成了破坏。     

渗透胁迫下萌发小麦种子超弱光子辐射的变化及意义

为了将生物超弱光子技术应用于萌发过程中小麦种子的抗旱性评价,采用聚乙二醇处理萌发的小麦种子,跟踪测量了正常和渗透胁迫下小麦种子萌发过程中的超弱光子辐射,得到了小麦种子萌发过程中超弱光子辐射的自发发光和延迟发光信号.通过建立延迟发光动力学方程和数学拟合获得了种子萌发过程中延迟发光初始光强I（0）、衰减参量β、相干时间τ和延迟发光积分强度I(T),根据延迟发光积分强度和自发发光的生物学意义构建了用于描述细胞状态及其有序性的状态参量和序参量.实验结果发现:小麦种子萌发过程中,自发发光和延迟发光积分强度呈现阶跃式增长,细胞系统的状态参量和序参量也呈现阶跃式的增长,渗透胁迫抑制了这种增长,提示基于光子辐射的细胞系统的状态参量和序参量有可能作为种子抗旱性评价的物理指标.     

渗透胁迫下萌发小麦种子超弱光子辐射的变化及意义

为了将生物超弱光子技术应用于萌发过程中小麦种子的抗旱性评价,采用聚乙二醇处理萌发的小麦种子,跟踪测量了正常和渗透胁迫下小麦种子萌发过程中的超弱光子辐射,得到了小麦种子萌发过程中超弱光子辐射的自发发光和延迟发光信号.通过建立延迟发光动力学方程扣数学拟合获得了种子萌发过程中延迟发光初始光强Ⅰ(0)、衰减参量β、相干时间τ和...     

光源空间相干性的测量

时间相干性及空间相干性都是从发光本质来考虑产生干涉的条件对光源的要求.它们是光干涉现象中的重要概念.本文以典型的杨氏干涉实验讨论空间相干性的测量,以加深对空间相干性的理解.     

H_2O_2诱导的植物叶片光子辐射的变化及意义

为了研究植物叶片光子辐射与氧化胁迫的关系,将鹅掌木叶片用不同浓度的H_2O_2进行了处理,从而形成氧化胁迫.实验结果表明,随着H_2O_2处理时间的延长,浓度为7.5%、15%和30% 的H_2O_2处理均使鹅掌木叶片光子辐射中的自发发光较未受处理的对照有明显增长,各处理组叶片的延迟发光动力学曲线均呈现双曲性弛豫.通过建立延迟发光非线性动力学方程和数学模拟,得到了延迟发光的特征参量初始光子数I_0、相干时间τ和衰减参量β,发现随着H_2O_2处理时间的延长,各处理组叶片的I_0都呈现先下降,后回升,再下降的波动趋势;而浓度为7.5%和15%的两个处理组的叶片τ值和β值呈现波动变化,浓度为30%的处理组的叶片τ和β呈现单调下降的趋势.推测H_2O_2胁迫下叶片光子辐射中自发发光的变化反映了叶片活性氧含量的变化;叶片延迟发光中I_0的变化反映了细胞总体代谢的变化,延迟发光中的τ值和β值的变化反映了叶片细胞对H_2O_2胁迫的适应和损伤过程.