Two-Photon Two-Focus Fluorescence Correlation Spectroscopy with a Tunable Distance Between the Excitation Volumes

In the present work, a Michelson interferometer was combined with a two-photon excitation microscope to perform two-focus Fluorescence Correlation Spectroscopy. This simple and original approach allows us to tune the distance between the two excitation volumes and determine absolute diffusion constants. The technique was validated on different model systems that demonstrate the sensitivity of the approach.     

荧光光谱及其成像技术在光活检中的应用

分析了人体组织自体荧光的主要物质来源和荧光特性,同时总结了国内外常见的第二代新型光敏剂及其临床应用情况。在此基础上,全面比较了各种应用于早期肿瘤光活检的荧光光谱及其成像技术,并重点讨论了这些技术的基本原理和临床应用现状,以及它们今后的发展方向。     

血液激发荧光强度分析及应用

文章采用荧光分析技术, 对血液激发荧光强度进行研究。给出了有关理论分析, 并给出了正常血样与异常血样(高血糖、高胆固醇)对比实验结果。研究发现：血液中血糖的浓度影响血液的激发荧光,其大致趋势是：在相同波长的激发光激发下,随着血糖浓度的提高,血液的激发荧光强度也逐渐增强, 显然,血液中的血糖也是一种荧光物质,其浓度对血液的荧光强度的影响与理论分析相一致,这表明所得的实验结果是合理的,同时还表明了可以通过比较血液的激发荧光强度来区分血液中血糖浓度的高低;研究还发现：胆固醇含量越高,所得的荧光强度也越强。因此,根据血清的荧光强度可以知道血清中胆固醇含量的高低,尤其是当使用波长位于435 nm附近的激发光时,结果非常明显。文章提出的血液激发荧光强度分析技术,为血样快速检测及疾病诊断提供了新的途径。     

Fluorescence Analysis with Quantum Dot Probes for Hepatoma Under One- and Two-Photon Excitation

A new class of fluorescent probe produced by conjugating semiconductor quantum dots (QDs) with protein molecule is proposed as an alternative to conventional organic labels. However the fluorescence characteristics of the QD bioconjugates are not clear while they are excitied with one- or two-photon laser pulse. We synthesized specific immunofluorescent probes by linking QDs to alpha fetoprotein (AFP) antibody for specific binding alpha-fetoprotein -an important marker for hepatocellular carcinoma cell lines, and archived specific fluorescence detection with the QDs-Anti-AFP in nude mice. Then, we have analyzed the fluorescence characteristics of QDs-Anti-AFP and original QDs both under one- and two-photon excitations. The results demonstrated that QDs-Anti-AFP's fluorescent spectral and lifetime haven't varied much from that of original QDs. Moreover, QDs-Anti-AFP have exhibited higher fluorescence efficiency than QDs under two-photon examination.     

83 K光系统Ⅱ核心复合物不同激发的荧光光谱学

在83 K低温下,利用稳态荧光光谱技术对光系统Ⅱ（PSⅡ）核心复合物中激发能的传递进行了研究,激励波长分别选择为436 nm,480 nm,495 nm和507 nm,得到4种波长激发下的稳态荧光光谱.经过比较发现其最大峰值所在的位置没有因激发波长的不同而发生改变,都在696 nm处,在不同激发波长下经过高斯解析获得不同的谱带.根据发射光谱与吸收光谱的对应性,反映了不同的光谱特性,说明在不同波长光的激发下,核心复合物中能量传递的途径不同.同时,可以分析出在核心复合物中,至少有Chl a670.4670,Chl a684.7,685.1683,Chl a689.0687,Chl a690.9,693.4,695.2,698.06904种Chl a组分参与了能量的传递.     

店埠河农业小流域水体溶解性有机质三维荧光光谱的平行因子分析

店埠河农业小流域是巢湖的主要水源地之一,研究该流域水体溶解性有机质(DOM)组分及来源对了解巢湖水生生态系统至关重要.本研究结合水体的三维荧光光谱,利用平行因子分析(PARAFAC)方法对测定的三维荧光光谱矩阵进行拉曼及瑞利散射校正、组分提取等相关处理,实现对店埠河农业小流域水体DOM的分析,包括三维荧光光谱特征分析、...     

荧光光谱法研究咖啡因与肌红蛋白的相互作用

采用荧光光谱法在生理pH 7.4条件下研究了药物咖啡因与肌红蛋白分子间的相互作用,表明这种相互作用能使肌红蛋白的内源荧光猝灭。通过猝灭常数,结合常数和结合位点数的计算,证明此猝灭为静态猝灭机制。咖啡因和肌红蛋白形成1∶1稳定配合物,形成常数(18 ℃)K_A=1.82×104 L·mol-1;根据热力学参数确定了它们之间的主要作用力为疏水力和静电力。利用同步荧光光谱法研究了咖啡因对肌红蛋白构象的影响。咖啡因能使肌红蛋白的构象发生改变,导致蛋白质分子中色氨酸和酪氨酸残基所处微环境由原来的疏水环境不同程度地向亲水环境转变。     

常规净水工艺去除有机物效果的三维荧光光谱分析法

有机物的荧光特性被广泛用来解析其在水体中的来源与分布。荧光光谱技术具有灵敏度高、选择性好、且不破坏样品结构的优点,非常适合用来研究有机物的化学和物理性质。运用三维荧光光谱分析技术对常规净水工艺中有机物的去除效果进行了研究。实验结果表明,三维荧光光谱技术能有效地揭示净水工艺中有机物的变化过程。在整个净水过程中,没有完全消除类富里酸荧光物质,也没有产生新的荧光物质。就类富里酸荧光物质的去除效果而言,混凝沉淀基本没有去除作用,过滤作用的去除率在5%～15%之间。     

Exploring the Nature of Photo-Damage in Two-photon Excitation by Fluorescence Intensity Modulation

We investigate the relative photo-damage effects during one- and two-photon excitations and demonstrate that there exist fundamental differences in the damage induced by a high repetition rate laser as compared to that of a CW laser. This difference is evident from the degree of enhanced fluorescence intensity achieved by blanking the excitation with an optical chopper. Such an enhancement in fluorescence intensity provides better signal-to-noise ratio that could have immediate applications in multiphoton imaging of live specimens.     

近红外激发荧光光谱与拉曼光谱快速鉴别马铃薯品种

马铃薯是世界上最重要的食物之一,快速无损的进行马铃薯品种鉴别对其在应用中更好的发挥品种优势具有重要作用。研究了以近红外荧光光谱和近红外拉曼光谱的土豆品种鉴别,并对两者进行了比较。实验采用3个品种共98个土豆样本,随机将其分成校正集(74个)和预测集(24个)。首先使用785nm近红外激光激发,采集所有样本的荧光和拉曼混合光谱,然后从混合光谱中分别提取荧光光谱和拉曼光谱,最后对荧光光谱和拉曼光谱进行偏最小二乘判别分析(PLS-DA),PLS-DA模型采用留一法和全交互验证。结果显示,荧光光谱与拉曼光谱都能够对三个马铃薯品种进行鉴别,其中荧光光谱的PLS-DA模型预测Favorita品种效果较好(灵敏度为1,特异性0.86,准确性0.92),但Diamant品种(灵敏度为0.75,特异性0.75,准确性0.75)和Granola品种(灵敏度为0.16,特异性0.89,准确性0.71)预测的效果较差,而拉曼光谱图很好的解释了马铃薯中的主要营养成分,基于拉曼光谱的PLSDA模型的预测效果(三个品种预测灵敏度,特异性,准确性均为1)比荧光光谱判别效果显著提高。     

冷鲜猪肉的三维荧光光谱特征研究

利用三维荧光光谱技术,研究了冷鲜猪肉三维荧光光谱特征,主要探讨了不同温度存储条件下冷鲜猪肉荧光峰的位置和荧光峰所处区域内荧光强度平均值随存储时间变化的规律,并初步判断了荧光物质的种类,为实现基于三维荧光光谱技术快速、无损检测冷鲜猪肉新鲜度奠定了理论基础。实验结果表明,不同温度存储条件下样本的三维荧光光谱图中均含有2个明显的荧光峰（Peak A和Peak B）,它们所在位置的激发波长（λ_ex）/发射波长（λ_em）范围分别为：λ_ex/λ_em约为250～310 nm/300～400 nm和约为300～450 nm/400～550 nm。其中,Peak A为类蛋白荧光,Peak B为脂质氧化产物荧光。此外,实验还发现,两个荧光峰在各自所处区域内荧光强度的平均值随存储时间变化的趋势不受存储温度影响,均是Peak A在λ_ex/λ_em=250～310 nm/300～400 nm区域内荧光强度的平均值（I_A）逐渐下降,Peak B在λ_ex/λ_em=300～450 nm/400～550 nm区域内荧光强度的平均值（I_B）逐渐上升。但I_A和I_B的变化速率受存储温度影响,冷藏条件下比室温条件下变化慢。     

直肠癌组织与直肠正常组织的荧光光谱研究

用荧光光谱仪对12例离体直肠癌组织和对应的直肠正常组织的荧光光谱(激发光的波长为320 nm)进行了研究。并与相应的红外光谱结果进行了对比。结果表明直肠正常组织的荧光强度明显高于直肠癌组织的荧光强度。直肠组织在波长为492和544 nm的荧光强度的差别可用于区分直肠正常和直肠癌组织。     

光系统Ⅱ核心天线的低温荧光光谱及动力学研究

采用稳态及飞秒荧光光谱技术研究了光系统Ⅱ中核心复合物在83 K、160 K和273 K低温下的能量传递途径.激发波长为507 nm.随着温度的升高,稳态荧光光谱逐渐发生蓝移.通过对不同温度下稳态光谱进行高斯解析,获得5个特征叶绿素a分子, 分别为Chl a670.4670, Chl a681.9680, Chl a683.9683, Chl a687.5,687.8,689687和Chl a698.0690,其中仅有Chl a687.5,687.8,689687在3个温度下的光谱中都解析获得,并且其谱宽以及荧光比例都随着温度升高而增加,因此推断温度对CP47中易裂解的叶绿素a分子有较大的影响.在680 nm以及690 nm波长处对不同温度下的时间曲线利用F900时间处理系统进行拟合,获得73 ps、 110 ps、 186 ps、 246~972 ps和1~3.7 ns 5个时间组分.其中, 73 ps是电荷分离的时间;110 ps和186 ps是β-Car分子受激发后,将激发能最终传递给反应中心所需要的时间;246~972 ps是电荷重组的时间过程;而1~3.7 ns是激发态分子发生电荷重组后又衰退回到基态的时间.73 ps的时间组分只在83 K温度下得到,因此,随着温度降低,可以探测到快的时间组分. 此外,对光谱随温度升高而发生蓝移进行了分析.     

Surface Modified Single Molecules Free-Diffusion Evidenced by Fluorescence Correlation Spectroscopy

We report on the free diffusion of single molecule near an interface studied using fluorescence correlation spectroscopy. In particular, we show that the chemical nature of the substrate may modify the free diffusion of a widely used molecule (rhodamine 6G), thus inducing unexpected effects in fluorescence correlation spectroscopy measurements. Our results show a strong influence, up to a few micrometer from the interface, of the surface polarity. This effect is assessed through the relative weight of the two dimensions diffusion process observed close to the surface. Our results are discussed in terms of competition between surface-solvent, solvent-molecule and molecule-surface specific interactions.     

基于共振激发的激光诱导击穿光谱技术研究进展

激光诱导击穿光谱技术是一种新型的原子光谱分析技术,具有实时快速、 多元素同时分析和样品预处理简单等特点,从一出现便受到研究人员的广泛关注,但分析灵敏度差一直是限制该技术发展的重要因素。基于共振激发的激光诱导击穿光谱技术将原子荧光光谱技术和激光诱导击穿光谱技术结合,对目标元素进行选择性激发,可以大幅提高激光诱导击穿光谱技术的分析灵敏度,极大地拓展了LIBS技术在痕量元素检测领域的应用。本文综述了基于共振激发的激光诱导击穿光谱技术的研究进展,介绍了激光诱导等离子体中荧光光谱的产生过程以及基于共振激发的激光诱导击穿光谱技术的基本类型和基础原理,详细分析了烧蚀激光能量、 共振激发激光能量和波长、 烧蚀激光和共振激发激光之间的延时以及光谱采集门宽对光谱增强效果的影响,阐述了其在冶金、 环境监测、 同位素检测等领域的应用现状和存在的问题,并对其未来发展前景进行了展望。     

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。     

Statistical Analysis of Diffusion Coefficient Determination by Fluorescence Correlation Spectroscopy

Fluorescence correlation spectroscopy (FCS) has become an important and widely used technique for many applications in physics, chemistry, and biology. The parameter most frequently addressed by FCS is the diffusion of molecules in solution. Due to the highly non-linear connection between the diffusion coefficient and a measured autocorrelation function, it is extremely difficult to analyse the accuracy of the diffusion-coefficient determination in a FCS experiment. Here, we present a simplified analysis based on some general maximum-likelihood considerations, and numerical result are given for the dependence of the accuracy of the diffusion-coefficient determination on sample concentration, brightness, and measurement time. Optimal concentration values for performing FCS are found.     

外源植酸酶添加对土壤磷酸酶活性影响的荧光光谱法研究

外源植酸酶加入土壤中,能直接或者间接提高有机磷的生物有效性。但外源植酸酶添加后,对土壤本身的磷酸酶(单酯酶、二酯酶)活性会产生何种影响尚不明确。采用荧光物质为底物,将96微孔板和荧光检测法相结合,利用多功能酶标仪测定外源植酸酶(1 g/50 g干土)添加条件下红壤、棕壤以及褐土中磷酸单酯酶(酸性和碱性)和二酯酶的活性响应。结果表明,外源植酸酶添加后,酸性磷酸单酯酶活性在红壤中极显著增加(p≤0.01),而在褐土中显著降低;碱性磷酸单酯酶活性在棕壤和褐土中增加,其中在褐土中增加极显著(p≤0.01),而在红壤中显著降低;磷酸二酯酶活性在三种土壤中均不同程度地增加,其中在棕壤中增加极显著(p≤0.01);不同土壤中,培养到8天时不同酶活性亦保持增加,即红壤中的酸性磷酸单酯酶,棕壤中的磷酸二酯酶以及褐土中的碱性磷酸单酯酶分别保持活性增加,说明外源植酸酶的添加能够有效地增强土壤磷酸酶活性,这种作用不仅与土壤性质如pH和磷形态相关,并且可能与刺激微生物分泌酶量有关。运用荧光光谱法研究外源植酸酶对土壤磷酸酶活性的影响在国内外尚属首次。与传统的分光光度法相比, 微孔板荧光法是一种灵敏、准确、快速、简便的土壤磷酸酶活性关系的测定方法。     

吸收谱交迭的双组分混合液的荧光谱校正研究

荧光内滤效应以及样品池中荧光物质对激发光的吸收分布会直接影响荧光谱的强度和谱形,共同制约荧光分析法的应用。使用吸收谱及荧光谱存在交迭的双组分混合溶液,研究一种新的基于物理吸收模型的校正方法,以校正荧光内滤效应及吸收分布对荧光强度的影响。对三聚噻吩和五聚噻吩混合液的光谱研究表明,使用所述校正方法可以达到较为理想的校正效果, 误差小于5%。     

7-羟基香豆素与三种芳香族氨基酸作用的荧光光谱研究

运用荧光光谱和紫外光谱研究7-羟基香豆素UBM分别与色氨酸Trp,酪氨酸Tyr和苯丙氨酸Phe三种芳香族氨基酸的相互作用。结果表明在模拟人体生理条件下,UMB能引起上述氨基酸发生荧光猝灭,最大猝灭波长依次为347,303和282 nm,猝灭机制均为静态猝灭,相互之间均以摩尔比1：1形成了复合物,且得到两种温度下UMB与Trp,Tyr和Phe反应的表观平衡常数K_c分别为298.15 K时2.993×106,7.858×104和1.186×103 L·mol-1,310.15 K时2.702×104,1.063×105和8.352×103 L·mol-1。热力学函数变化表明UMB与以上三种氨基酸结合作用较强,其中UMB-Trp相互作用力是氢键或范德华力,UMB-Tyr和UMB-Phe相互作用主要以疏水作用为主,同时都可能存在偶极-偶极之间的相互作用。