Pharmacokinetic Monitoring of Indocyanine Green for Tumor Detection Using Photoacoustic Imaging

We report tumor detection using a photoacoustic technique for the imaging of angiogenesis and monitoring of agent pharmacokinetics on an animal model. We take 532-nm laser pulses to excite photoacoustic signals of blood vessels with acquisition by a broadband hydrophone, and the morphological characteristics of tumor angiogenesis are successfully image depicted. Furthermore, tumor pharmacokinetics is preformed and analyzed with fast multielement photoacoustic imaging of the intravenous-injected indocyanine green （ICG）. Photoacoustic signals of ICG are excited with 805 nm laser pulses and recorded by transducer array as a function of time. The difference between the photoacoustic signal from the tumor side and that from the normal side is observed, and the ICG clearance velocity in the tumor area is found to lag behind that in the normal area. Experimental results demonstrate that photoacoustie imaging of morphological parameter and pharmacokinetics with specific agent may provide high sensitive approach for tumor detection and localization.     

活细胞核浆粘滞系数的荧光相关谱研究

细胞核浆粘滞系数直接反映一定生理状态下核内微环境的特性,是判断病变细胞和研究核内分子功能机制的重要依据。为了实时、灵敏和无损地测定单个活细胞的核浆粘滞系数,提出了一种基于荧光相关谱(fluorescence correlation spectroscopy, FCS)技术的新型检测方法。研究中利用FCS技术测定绿荧光蛋白分子(EGFP)在细胞核内的扩散系数,并且根据Stokes-Einstein关系式计算出核浆粘滞系数,同时实现了对特定生理条件下核浆粘滞系数的跟踪测量。结果表明：在pH 7.4以及37 ℃的条件下,人肺腺癌细胞(ASTC-a-1)和人宫颈癌细胞(HeLa)的核浆粘滞系数分别是(2.55±0.61)cP和(2.04±0.49)cP, 与传统方法的测量结果一致,并且发现核浆粘滞系数大于细胞质的粘滞系数。以上研究表明FCS技术可精确无损地检测单个活细胞内达飞升量级的微观环境,是探索细胞内生物分子动态行为的有力工具。     

未修饰的纳米金结合等位特异性扩增来检测K-ras基因点突变

将等位基因特异性扩增的特异性与纳米金特殊的光学性质相结合, 发展了一种新的基因点突变检测方法. 以肿瘤中常见的K-ras癌基因第12位密码子作为点突变检测对象, 采用突变型引物对待测序列进行等位特异性扩增. 突变型样品扩增产物中大部分是双链DNA; 而野生型样品由于不能被顺利扩增, 产物中大部分是单链DNA. 以纳米金颗粒作为报告基团, 向两种不同基因型扩增产物中依次加入纳米金胶和盐溶液, 野生型基因扩增产物中的单链引物被吸附到纳米金颗粒表面, 使得纳米金在适宜浓度的盐溶液中不发生聚集; 突变型样品扩增产物中的双链DNA由于与纳米金颗粒间存在静电斥力而不能被吸附到纳米金颗粒表面, 纳米金在该浓度的盐溶液中发生聚集, 导致两种基因型的混合液在吸收光谱和颜色方面均存在显著差异, 从而实现了检测基因点突变的目的. 该检测方法直观、快速、简便, 实验成本低, 能够检测到pmol量级的样品, 为点突变检测提供了一种实用的新方法.     

叶绿体延迟荧光中730 nm成分产生机理的光谱学研究

叶绿体685 nm延迟荧光成分被认为源于PSⅡ作用中心的电荷复合。利用多种光谱学测量手段研究了叶绿体延迟荧光光谱中730 nm峰的产生机制。不同浓度下叶绿体延迟荧光光谱实验结果表明：初始随浓度的增加,延迟荧光光谱中685和730 nm成分强度均增强;当浓度增加到7.8 μg·mL-1时,685 nm成分强度达最大,730 nm成分强度继续上升;当浓度增加到31.2 μg·mL-1时,延迟荧光光谱中730 nm成分强度达最大,而685 nm成分已明显下降。吸收光谱实验结果表明：A₆₈₅/A₇₃₀在叶绿体浓度增加的过程中几乎不变。叶绿体730 nm荧光成分的激发光谱实验结果表明：685 nm光对730 nm荧光有较高的激发效率。上述实验结果表明叶绿体延迟荧光光谱中730 nm峰是由PSⅡ所发685 nm成分激发PSⅠ所产生的荧光。同一浓度下叶绿体延迟荧光光谱波形随延迟时间(1～9 s)的不变性进一步证明了这一结论。     

基于延迟荧光光谱F685/F730温度响应曲线的植物耐热性评价

以3种不同耐热型玉米植株叶片为样品,分析了在10~50 ℃温度胁迫下,样品离体叶片延迟荧光光谱的变化。实验发现:温度对延迟荧光光谱主峰685 nm的最高峰值强度(F₆₈₅)和次峰730 nm的最高峰值强度(F₇₃₀)的比值F₆₈₅/F₇₃₀产生了显著的影响。此外,不同耐热型样品在10 ℃胁迫下的F₆₈₅/F₇₃₀值(V₁₀)与50 ℃胁迫下的F₆₈₅/F₇₃₀值(V₅₀)之间存在显著差异:不耐热样品叶片的V₁₀/V₅₀高于耐热的,越耐热的样品V₁₀/V₅₀值越小,且随着胁迫时间的延长,V₁₀/V₅₀也逐渐减小。因此,通过对实验结果的分析认为,延迟荧光光谱F₆₈₅/F₇₃₀比值是随着温度胁迫规律变化的,F₆₈₅/F₇₃₀比值的温度响应曲线有望成为一种鉴定和评价植物耐热性的新方法。     

分子束中生物分子的光谱与结构

研究分子束中的生物分子有助于探讨生物分子的固有性质和由于生物环境而引起的其他性质之间的区别。本文首先介绍了一种可将生物分子在气相中"孤立"的实验技术,即激光解吸并分子束冷却技术,同时还介绍了与该研究方向相关的光谱方法,即UV/UV和IR/UV烧孔光谱等。并回顾了近年来人们应用这些实验技术对分子束中的氨基酸和短肽、核酸碱基、糖类和神经递质类分子以及它们的团簇最新研究进展。文中还简要介绍了一种新的应用于构象异构动力学研究的光谱方法,即激励辐射泵浦-注孔(SEP-HF)和激励辐射泵浦-布居转移(SEP-PT)。最后,综述了短肽离子光解离动力学和短肽离子中发生的电荷快速转移动力学过程的研究进展。     

电解质溶液中牛血清白蛋白分子相互作用的动态光散射研究

溶液中粒子斥与吸引作用力,这种依赖关系可以通过作用参数λ来的扩散系数对浓度的依赖关系主要取决于粒子在溶液中所占的体积分数和粒子间的排表示。本研究利用动态光散射技术测量了不同离子强度下牛血清白蛋白分子的扩散系数,求出了相应条件下的λ值。结果表明,在低离子强度下,λ是正值,蛋白质分子间的作用以排斥力为主,随着离子强度的逐渐增大,λ变为负值,蛋白质分子间的作用以吸引力为主,当离子强度大于0．5mol／L的时候,蛋白质开始发生聚集。利用DLVO理论的两体硬球相互作用模型解释了蛋白质分子间相互作用的变化规律：随着离子强度的增加,静电斥力被屏蔽,范德华分子作用力起主要作用。根据值与离子强度变化的相关性,回归出了蛋白质参数：在实验条件下,蛋白质所带的有效电荷Zr=-9．0e、Hamaker常量AH=2．8kBT。实验结果表明：动态光散射技术可以有效地用来研究蛋白质分子间的相互作用。     

超声换能器带宽对光声成像的影响

研究了不同尺寸吸收体产生的光声压的频谱特性：对于厘米量级、毫米量级和几百个微米量级的吸收体,产生光声压频谱的主要范围分别约为20～300kHz、70kHz～2．5MHz和400kHz～20MHz;讨论了不同频率范围的光声信号对重建图像的影响,低频段的光声信号能反映物体的非边界区域,而高频段的光声信号能突出物体的细微结构,尤其是物体的边界特征。提出了不同尺寸的吸收体要选用或设计不同带宽范围的探测器进行检测的方法．当探测器的带宽范围与光声压频谱范围基本吻合时,损失的频率成份较少,重建的光声图像效果较好,这一结论在仿真和实验结果中都得到了证明。实验用的光源为YAG激光器,波长为532nm,重复频率为30Hz,脉宽为7ns,探测器为针状的PVDF膜水听器,接收面积的直径为1mm。     

低强度He-Ne激光照射巨噬细胞对其免疫活性的影响

利用新型化学发光试剂MCLA,通过光学方法,并改变激光功率和照射时间研究了低强度HeNe激光照射巨噬细胞对其免疫活性影响实验结果表明,巨噬细胞在适当的激光功率和照射剂量下可大大提高其免疫活性,而过大或过小的激光功率或照射剂量则不能激活其免疫活性的显著提高,甚至产生明显的抑制效应.     

Ultrasound-Modulated Optical Tomography in Reflective and Coaxial Configuration

Ultrasound-modulated optical tomography affords a very promising noninvasive imaging method for biomedical diagnosis.With this technique, an ultrasound beam is focused into a scattering medium to provide an accurate localization and, simultaneously, a modulation of laser light inside the medium. Based on the high-sensitivity detection technique, we have developed a unique reflective configuration, which was more convenient and practical than other existing configurations. Furthermore, the configuration also introduced a new scheme to hnprove the spatial resolution in the imaging. A phantom was imaged to validate the feasibility of the proposed configuration.