X射线荧光光谱分析在考古中应用现状和展望

叙述了X射线荧光光谱分析在文物的鉴定、断代、产地及其矿料来源分析、制作工艺和保护等考古研究中的应用现状, 指出目前研究工作中亟待解决的一些问题, 并展望了XRF技术在考古中的应用前景和发展方向,意在提请X射线荧光光谱分析和考古工作者的注意,共同推动X射线荧光光谱分析在考古研究中的应用向纵深发展,为我国的考古事业做出更大的贡献。     

三维荧光光谱技术在水监测中的应用

应用荧光光谱技术分析水中污染物的含量具有灵敏度高、检测速度快等优点,三维荧光光谱技术可以提供在普通的荧光光谱中所得不到的信息,此技术可以用于多组分同时测量。讨论了如何运用三维荧光光谱技术分析水中污染物的成分,计算其含量,并给出了有效的荧光光谱特征数据库建立、多组分分析和浓度反演的数学模型。     

LDS751染料分子的时间分辨荧光谱

本文介绍用飞秒时间分辨荧光凹陷探测技术,获得激发态分子时间分辨荧光光谱的方法。文中描述了实验方法及其特点,给出了ＬＤＳ７５１染料分子的飞秒时间分辨荧光光谱。     

荧光光谱成像在生物芯片蛋白量化分析中的应用研究

采用荧光光谱成像并结合椭圆偏振技术研究了３-氨基３-乙氧基硅烷(APTES)修饰及其与戊二醛(APTES-Glu)共同修饰的两种不同表面上固定的羊抗人抗体活性和数量及其荧光免疫结合。研究结果表明：应用荧光光谱成像在APTES-Glu表面上检测到的FITC标记人血清蛋白分子的数量为APTES表面结合的2.8倍,而应用椭圆偏振技术在前者表面上检测到的FITC标记人血清蛋白分子的数量为后者表面上的2.2倍。这个结果说明：在荧光免疫检测中,荧光光谱成像完全可用于分析不同表面固定蛋白的免疫活性和半定量的检测。     

多功能荧光分光计的微机化

本文在原有实验室自制多功能荧光分光计的基础上，通过微机Ａ／Ｄ转换技术的软件设计，实现了光谱的ＣＲＴ显示，分别得到了常规荧光光谱，各种同步荧光光谱及它们的一，二阶导数谱，并且测绘了三维立体荧光光谱和等高图荧光光谱。同时建立了各种光谱及数据处理技术。     

同步辐射X射线荧光光谱国内外研究进展

同步辐射光源是带电粒子在加速器储存环中以接近光速的速度运动时,沿轨道切线方向发射出的辐射,同步辐射X射线荧光分析（SR-XRF）是以同步辐射X射线作为激发光源的X荧光光谱分析技术。同步辐射X射线荧光分析包括了用于微区及微量元素分析的同步辐射XRF、用于表面及薄膜分析的同步辐射全反射X射线荧光（SR-TXRF）以及用于三维无损分析的同步辐射X射线荧光扫描和成像方法（如X射线荧光CT、X射线荧光全场成像、共聚焦X射线荧光和掠出射X射线荧光等）。X射线荧光光谱法通过测量元素的特征X射线发射波长或能量,识别元素,该方法首先通过测量发射的特征线强度,然后将该强度与元素浓度联系起来,对给定元素进行量化分析。X射线荧光光谱技术可以进行多元素同时分析,同步辐射X射线荧光谱亮度高,可调谐,相干性、准直性及偏振性好,可以用于分析样品元素的含量和空间分布。近些年来随着新光源技术的使用、分析软件的更新换代和定量分析方法的发展,对同步X射线荧光光谱分析产生了极大促进,采用新型X射线光学元件和探测器,能极大提升分辨率和探测效率,促进相关学科应用的发展。介绍了近几年来国内外同步辐射X射线荧光光谱分析技术及其应用发展状况,给出了国内外比较典型的同步辐射X射线荧光光谱分析光束线站最新技术方面的发展概况,并列举了一些典型应用成果,例如在生物医学、环境科学、地质考古、材料科学和物理及化学等领域的应用。对于本领域及相关领域的专家学者了解国内外同步辐射技术发展现状、应用研究成果具有一定的参考意义。     

钛蓝宝石飞秒超快光谱技术及其应用进展

介绍飞秒激光技术的进展、钛宝石飞秒激光放大技术及飞秒分辨相关测量技术.并介绍了飞秒分辨光荧光上转换和光克尔实验技术及其在各种学科中的应用. 关键词： 飞秒激光 飞秒光谱 光克尔 光荧光     

荧光发射强度影响因素及荧光猝灭实验研究

荧光发射强度在荧光显微术科学观测中至关重要。理论分析了三大影响荧光发射强度的重要因素:分子吸收激发光光子的能力、荧光量子产量及其荧光饱和与荧光猝灭,指出选择具有大光吸收截面和高量子产量的荧光分子,能有效保证荧光发射强度;确定合理的激发光强度范围,可避免不必要的荧光饱和现象。进一步实验研究了超高真空和大气环境下的荧光猝灭现象,得出超高真空时荧光分子的荧光猝灭现象极不明显,而大气环境可造成荧光光强指数递减的结论。     

吲哚、3-甲基吲哚和L-色氨酸的荧光量子产率和荧光寿命

近年来，三维荧光技术已经成为常用的化学分析技术，但有些结构相近的荧光有机物的三维荧光光谱十分相似，可能导致分析结果错误。因此，如何精准区分具有相似三维荧光光谱的有机物是十分重要且亟待解决的问题。荧光量子产率和荧光寿命是荧光有机物两个重要的光学参数，对于分子结构的差异更灵敏。对吲哚、 3-甲基吲哚和L-色氨酸的三维荧光光谱、荧光量子产率和荧光寿命进行了研究。结果表明，它们的三维荧光光谱都出现两个荧光峰，且荧光峰位置十分接近。吲哚和L-色氨酸的荧光峰大致位于[激发波长，发射波长]=[275, 340～350]和[220, 340～350] nm附近，3-甲基吲哚的荧光峰位于[激发波长，发射波长]=[280, 365]和[225, 365] nm附近。在相同浓度下，三种有机物在激发波长为275～280 nm处的最高荧光强度依次为：吲哚>3-甲基吲哚>L-色氨酸。利用绝对量子产率测量技术测得吲哚、 3-甲基吲哚和L-色氨酸的荧光量子产率分别约为0.264、 0.347和0.145;利用时间相关单光子计数技术测得吲哚、 3-甲基吲哚和L-色氨酸的荧光寿命分别约为4.149、 7.89...     

双光子阵列点激发同时多维荧光信息的处理

五维同时荧光信息显微成像方法是一种新的荧光信息获取技术，它采用了双光子阵列点激发方式.这一方法可同时获取激发阵列点每点荧光的位置信息、荧光光谱信息和荧光寿命信息，弥补了现有荧光检测技术的不同功能信息不具有同时性的缺陷.给出了从这种技术的复合信息中提取复合光谱几何强度结构图像、不同光谱几何强度结构图像、不同光谱寿命图像的方法.提出了一种激发荧光强度修正系数矩阵方法，消除阵列点激发光强不均匀对激发荧光强弱产生的不利影响，取得明显效果.实验对实际样品做了数据采集和处理，给出图像结果，表明处理的效果良好.对存在的问题也作了讨论. 关键词： 荧光信息处理 双光子 荧光光谱 荧光寿命     

第二讲光电子技术在保健医疗和生物学应用中的进展

文章论述了激光与光电子技术在人类保健、医疗以及生命科学应用中的作用和意义.综述了光活检技术、光美容医疗和生物光子技术等光电子技术在保健、医疗和生物学领域中的具体应用.重点介绍了：（1）用于组织病理诊断的光活检技术,其中包括光活检的发展历史、技术优点、研究现状,以及荧光光谱和成像技术等实用光活检技术的临床应用;（2）非消融性光疗的基本作用机制和研究进展;（3）扫描共焦显微术、多光子荧光显微术、近场光学扫描显微术和光镊等显微生物成像技术的工作原理和应用.最后,展望了激光与光电子技术在生命科学中的应用前景.     

Diode laser based light sources for biomedical applications

Diode lasers are by far the most efficient lasers currently available. With the ever‐continuing improvement in diode laser technology, this type of laser has become increasingly attractive for a wide range of biomedical applications. Compared to the characteristics of competing laser systems, diode lasers simultaneously offer tunability, high‐power emission and compact size at fairly low cost. Therefore, diode lasers are increasingly preferred in important applications, such as photocoagulation, optical coherence tomography, diffuse optical imaging, fluorescence lifetime imaging, and terahertz imaging. This review provides an overview of the latest development of diode laser technology and systems and their use within selected biomedical applications. 670 nm external cavity diode laser for Raman spectroscopy built on a 13 × 4 mm² microbench (Copyright FBH/Schurian.com ).     

Diagnosis of colon cancer using frequency domain fluorescence imaging technique

Early detection and treatment of colon cancer has been associated with better disease prognosis. Conventional and reported optical techniques have limitations in detecting early stages of colon cancer growth. In this paper, a homodyne signal processing assisted frequency domain (FD) fluorescence imaging methodology is proposed for the early diagnosis of colon cancer. Simulated phantom tissues representing the biopsy samples at different stages of colon cancer growth are prepared and used for the imaging study. Selective imaging of healthy and diseased sites simulated in the samples was achieved even for fluorescence emissions having close lifetimes and wavelength values. Possible extension of the methodology for in vivo investigations is also discussed.     

微纳结构光纤光谱学

微纳结构光纤光谱学是指以空芯微结构或微纳光纤为样品池,光和物质在纤芯内部或表面进行相互作用的光谱学技术。本文回顾空芯和微纳光纤导光的基本原理,介绍气体、液体样品池构建的理论和方法,综述基于光谱吸收、光热、光声、荧光、拉曼等效应的微纳结构光纤光谱学的最新进展及今后可能的发展方向。微纳结构光纤对光场的束缚能力强、模场能量在空气中的比例高,可实现光和物质在其中的高效、长距离相互作用。微纳结构光纤样品池的采用,可提升传统光谱学系统的性能或构建新型的光谱学系统;应用传输光纤与其他光学元器件进行柔性连接,可促进光谱学仪器和传感器的小型化和实用化。     

Advances in fluorescence diagnosis to track footprints of cancer progression in vivo

Fluorescence spectroscopy and imaging have been widely used for in vivo cancer diagnosis and therapy monitoring in preclinical models, as well as clinical translation. Great attempts have been made to develop novel fluorescence techniques and improve on existing ones, which can now be used in conjunction with newly developed fluorescent probes for specific cancer imaging. In this review, a broad overview of fluorescence techniques is provided, including photodynamic diagnosis, laser confocal endomicroscopy and fluorescence lifetime imaging, coupled with endogenous and exogenous fluorophores. In particular, endogenous fluorophores, such as nicotinamide adenine dinucleotide (NADH) and flavin adenine dinucleotide (FAD), are highlighted as they are linked to cellular metabolism in precancer growth. The use of near‐infrared dyes, such as indocynanine green (ICG), for imaging deep‐tissue regions is also reviewed. In addition, diagnostic algorithms used for tissue classification and cancer detection will be discussed. Lastly, emerging technologies in fluorescence diagnosis will also be included.     

生物医学领域中超连续激光光谱技术的研究进展

超连续谱激光指的是当泵浦激光穿过特殊光波导时,一系列的非线性效应引起入射激光束的光谱展宽,从而输出宽光谱激光束。随着超快激光和光子晶体光纤技术的发展,利用超短脉冲在光子晶体光纤中的传播链产生相干的且亮度高的超连续谱激光成为了一种理想的白光源。自从超连续谱激光源投入应用以来,其应用领域越来越广。尤其在生物医学的细胞、血液等样品分析当中,荧光光谱学、流式细胞仪、共焦显微、光学相干层析等技术都是强有力的分析工具,在采用这些先进技术的科学仪器中,超连续谱激光源成为了一种主要光学部件。首先对超连续谱激光源的国际研究进展作了详细介绍,然后对超连续激光光谱技术在显微成像、流式细胞仪、荧光寿命成像显微、荧光共振能量转移、光学相干层析、共焦显微生物医学分析等生物医学领域中的发展及应用作了综合阐述。对超连续激光光谱技术在非接触式血液制品鉴别的需求、方案及研究进展进行了重点论述,包括覆盖400～2 000 nm光谱范围的光纤化轻型超连续谱激光光源研究;采用超连续谱激光光谱方法探索不同物种血液的种属特征;根据大数据的血液样品光谱特征元数据库分析建立数学模型,利用数学模型实现对血液样品种属光谱学判定;血液鉴别光谱分析便携式整机系统研发等。对超连续激光光谱技术在生物医学领域的应用前景作了展望。     

拉曼光谱中荧光抑制技术的研究新进展综述

拉曼光谱技术反映了物质的结构特征,可用于分析有机或者无机样品的化学组分。但由于某些被测物的荧光背景远远强于拉曼信号,这些物质的拉曼光谱测量有时十分困难,这限制了拉曼光谱的广泛应用。因此有必要在拉曼检测中对荧光采取抑制措施以准确获取高信噪比的拉曼光谱指纹信息。近些年来,很多的相关研究探讨及发展了多种荧光抑制的新方法。在目前的科研活动中,常用的技术有表面增强拉曼光谱技术、傅里叶变换拉曼光谱技术、共焦显微拉曼光谱技术和高温拉曼光谱技术等。这些技术解决了拉曼光谱早期存在的一些问题,如荧光干扰、灵敏度低等,极大地扩展了拉曼光谱技术在各个领域的应用。而这些新方法可大致归类为物理/化学方法,基于光学性质不同衍生的方法,计算处理方法和其他方法。文章概括性的介绍了上述方法的理论、实现方式,并分析比较了各自的特点。     

Raman spectroscopy and microscopy of individual cells and cellular components

Raman spectroscopy provides the unique opportunity to nondestructively analyze chemical concentrations in individual cells on the submicrometer length scale without the need for optical labels. This enables the rapid assessment of cellular biochemistry inside living cells, and it allows for their continued analysis. Here, we review recent developments in the analysis of single cells, subcellular compartments, and chemical imaging based on Raman spectroscopy. Spontaneous Raman spectroscopy provides for the full spectral assessment of cellular biochemistry, while coherent Raman techniques, such as coherent anti‐Stokes Raman scattering is primarily used as an imaging tool comparable to confocal fluorescence microscopy. These techniques are complemented by surface‐enhanced Raman spectroscopy, which provides higher sensitivity and local specificity, and also extends the techniques to chemical indicators, i.e. pH sensing. We review the strengths and weaknesses of each technique, demonstrate some of their applications and discuss their potential for future research in cell biology and biomedicine.     

拉曼-荧光联合光谱水下原位探测技术研究

深海热液环境中存在着巨大的化学和热梯度,快速剧烈的混合和生物过程产生了多种多样的矿物过程,并培养了大量的化学合成微生物。激光拉曼光谱非常适合于深海热液环境矿物过程的探测,然而要对矿物与微生物作用过程进行研究,还需要与荧光光谱技术进行联合,针对此需求开展了原理验证实验研究。在实验室搭建了一套拉曼-荧光联合光谱探测桌面系统,利用一台双波长激光器同时作为拉曼光谱和荧光光谱的激发光源,其中拉曼光谱采用532 nm波长,荧光光谱采用266 nm波长,双波长激光器发出的光束经分光镜分为两路,经过后向散射光路收集的两路信号分别进入两个小型光纤光谱仪进行分光探测,拉曼光谱采用QE65000光谱仪,荧光光谱采用USB2000光谱仪,通过软件可以方便的分别设置两个光谱仪的参数。利用搭建的实验系统对海水和拟菱形藻样品进行探测,分别获得了海水样品的SO2-₄拉曼光谱和可溶性有机物(CDOM)荧光光谱,拟菱形藻样品的类胡萝卜素拉曼光谱和类蛋白、叶绿素等荧光光谱,实验结果证明了研制小型拉曼-荧光联合光谱探测装置的可行性,并为发展原位联合光谱探测装置提供了技术参考。     

The molecular aggregation of pyronin Y in natural bentonite clay suspension

The molecular aggregation and spectroscopic properties of Pyronin Y (PyY) in the suspension containing natural bentonite clay were studied using molecular absorption, steady-state and time-resolved fluorescence spectroscopy techniques. Interaction between the clay particles and the cationic dye compounds in aqueous solution resulted in significant changes in spectral properties of PyY compared to its molecular behavior in deionized water at the same concentration. These changes were due to the formation of dimer and aggregate of PyY in the clay suspension as well as the presence of the dye monomer. The H-type aggregates of PyY in the clay suspension were identified by the observation of a blue-shifted absorption band of the dye compared to that of its monomer. In spite of diluted dye concentrations, the H-aggregate of PyY in the clay suspension was formed. The intensive aggregation in the clay suspension attributed to the localized high dye concentration on the negatively charged clay surfaces. Adsorption sites of PyY on the clay particles were discussed by deconvulated absorption and excitation spectra. Fluorescence spectroscopy studies revealed that the fluorescence intensity of PyY in the clay suspension is decreased by H-aggregates drastically. Moreover, the presence of H-aggregates in the clay suspension resulted in the decrease of fluorescence lifetime and quantum yield of PyY compared to those in deionized water.