同步辐射显微红外光谱研究6-OHDA诱导帕金森病细胞模型

神经毒素6-hydroxydopamine (6-OHDA)处理的人神经瘤母细胞系SH-SY5Y是一种经典的帕金森病细胞模型。利用同步辐射红外显微光谱研究6-OHDA处理的SH-SY5Y细胞系的生物化学成分。与正常细胞相比较,所含磷脂的平均饱和水平显著提高,蛋白质的二级结构发生显著变化,其中的β-sheet的比例明显增高,核酸的含量明显下降,提示神经毒素6-OHDA对细胞造成了严重的氧化损伤。同步辐射红外显微光谱能够精确有效的检测到细胞生化成分的改变,从而对细胞的病理损伤进行评估。     

癫痫大鼠海马神经元生化分子的同步辐射显微红外光谱成像研究

癫痫是影响所有年龄段的慢性脑功能障碍,主要特征为整个或局部脑区神经元异常同步化高频群集动作电位发放。利用神经毒素海人藻酸（KA）立体定位注射入大鼠海马,诱导大鼠产生癫痫持续状态,建立颞叶癫痫大鼠模型。应用同步辐射显微光谱和同步辐射显微光谱成像分析癫痫持续状态发作后24小时的颞叶癫痫大鼠海马角（CA）1区神经元生物化学分子的胞内浓度和分布是否改变。结果显示反映蛋白质二级结构的酰胺Ⅰ在1 655 cm-1的振动频率和属于脂类功能集团的2 800～3 000 cm-1振动频率,在正常对照大鼠海马CA1神经元胞体内呈高浓度分布,但在癫痫大鼠海马CA1神经元胞体,反映蛋白质二级内呈低浓度分布,并且以细胞核分布浓度最低,但在神经元胞体外围分布浓度相对较高。属于核酸集团的1 055～1 054 cm-1 PO₂反对称拉伸振动在正常和癫痫大鼠海马CA1神经元胞体内分布趋势没有差异,都在胞体内呈高浓度分布,尤其在细胞核分布浓度最高。对属于酰胺Ⅰ的吸收频率进行二级导数分析显示癫痫海马神经元的酰胺Ⅰ相对于正常对照多出1个1 653 cm-1附近的负峰。以上结果提示在发生癫痫持续发作后海马神经元生物化学分子的细胞分布会出现变化。     

同步辐射显微红外光谱研究6-OHDA诱导帕金森病大鼠海马

利用同步辐射红外显微光谱研究6-hydroxydopamine(6-OHDA)毁损内侧前脑束所致帕金森病大鼠脑海马区神经元的生物化学成分改变。研究样本为6-OHDA诱导的帕金森大鼠模型海马区神经元。与正常大鼠海马区神经元比较,PD大鼠样品在属于脂类的CH2反对称和对称伸缩振动的2 924和2 850cm-1的振动吸收积分面积以及在峰值位于1 736cm-1的伸缩振动吸收积分强度比正常大鼠都有增加,提示PD样品脂质含量升高,而在属于核酸的PO2反对称伸缩振动和对称伸缩振动的强度比正常大鼠样品下降,提示PD样品中核酸的含量比正常样品减少。蛋白质的振动没有发现异常。该研究表明帕金森病大鼠模型海马神经元存在生物化学成分改变,这种改变可能与神经元的病理改变密切相关。     

同步辐射红外谱学显微光束线站的空间分辨率测试

同步辐射红外光源具有宽光谱范围、高准直性、高亮度等特点。相比于传统的红外热光源,同步辐射红外光源的尺寸非常小,空间分辨率可达到衍射极限。为了得到准确的空间分辨率信息,对上海光源BL01B1红外谱学显微光束线站的空间分辨率进行了测试。使用刀片法和鉴别率板对上海光源BL01B1红外谱学显微光束线站水平和垂直方向的空间分辨率进行了详细测量,两种测试方法的结果都表明在所测的中红外波段,同步辐射红外谱学显微技术的空间分辨率达到衍射极限,与理论值十分符合。     

红外光谱在微藻领域的应用研究进展

微藻富含类胡萝卜素、维生素、蛋白质、多不饱和脂肪酸等多种人体和动物所必需的营养成分，同时在水生态系统的维持和保护中也扮演着重要的角色，因此开展微藻生物学的研究具有十分重要的实际应用价值。传统的微藻成分的检测分析需要经过微藻细胞研磨破碎、有机溶剂分离提取、液(气)相检测等一系列的繁琐的操作步骤，有费时、需要高昂的仪器设备、操作过程复杂等缺点，因此需要发展更加快速高效的微藻细胞组分检测分析技术。红外光谱作为一种高效的物质检测和分析手段可以实现对微藻样品中的蛋白、脂类、核酸、多糖、叶绿素、类胡萝卜素等多种成分同时分析，具有简单、快速和无损检测等优势，特别是结合显微镜技术的红外光谱成像可以在微空间尺度上研究单一细胞或组织中各组分的变化。近年来，尤其是随着同步辐射技术的迅速发展，为红外光谱仪器提供质量更好、能量更高的同步辐射光源，使得红外光谱显微光谱及成像检测技术具有更高的灵敏度和空间分辨率，实现了能够在细胞和亚细胞尺度上对个体进行高空间分辨的原位观测，这在一定程度上解决了许多常规的检测分析技术不能同时兼顾高通量测量和高空间分辨率观察之间的矛盾。首先介绍了红外光谱技术的原理及其特点并分析了显微红外光谱及成像技术在生物样品检测中的独特优势，特别介绍红外光谱结合化学计量学的分析方法在生物学研究领域的应用。接下来综述了此项技术在分类鉴定、生长代谢监测、育种、水环境、食品医药等与微藻相关领域国内外的应用研究进展。比如，结合化学计量学方法红外光谱能够进行微藻的快速鉴定、判别和分类。利用红外光谱多组分快速检测的优势，可以实现微藻生长代谢的研究。基于红外光谱无损、高效检测的特点，可以实现油脂、β-胡萝卜素、虾青素等高产藻株的快速筛选。另外，微藻还可以有效地吸附废水中的重金属和有机活性染料，利用红外光谱可以对其吸附和降解环境污染物的机理进行研究。红外光谱还能够快速高效地实现微藻成分的分析和鉴定，因而可以用于微藻食品药品质量的检测和真伪的鉴定。然而，红外光谱在微藻的研究和应用方面还处于发展阶段，尚存在着一定的缺点和不足，对此进行了讨论和分析并提供了相应的解决方案。最后，对红外光谱在微藻的规模化养殖、高产藻株的筛选、微藻的生理、细胞器的结构和功能的研究等领域进行了展望。     

含油岩心显微红外光谱成像方法的研究

虽然用红外光谱显微探针方法研究岩心中碳质物已有很多工作,但是通常对诸如岩心等样品物性的光谱学微探针实验研究多是局限于对经过复杂处理分离出的微小样品或样品中个别位点所得的结果,缺乏对复杂样品各组分(或基团)的空间分布及其相互关系的研究。近年来新发展起来的光谱成像分析系统将光谱技术与成像技术有机地结合起来融为一体,可在光谱和空间两个方面对目标样品进行分析和识别并已得到广泛应用,但是用红外显微成像光谱研究岩心的工作则少有报道。文章报道了应用透射和衰减全反射(ATR)两种方式对含油岩心进行了显微红外光谱成像(Mapping)的研究。从灵敏度、信噪比、光谱分辨率和空间分辨率以及工作效率等方面对两种方式所得实验结果进行了比较和评估。     

长波红外显微成像光学系统的设计与仿真

针对像元尺寸为50μm×50μm的长波红外32×32元制冷型凝视焦平面阵列探测器的需要,设计了一种工作波长位于15～35μm的透射式长波红外显微成像光学系统。该系统采用一次性成像方式,且主要由系列透镜构成,其中冷光阑置于光路的出瞳位置。通过对称双胶合透镜组合来校正像差,在-20～40℃温度范围采用光学被动补偿技术实现消热像差。仿真结果表明,当所设计的光学系统的中心波长、焦距、数值孔径、有效放大倍率和空间分辨率分别为27μm,14mm,0.25,10和0.1mm时,在10lp·mm^-1特征频率处调制传递函数(MTF)值达到0.369,系统包围圆能量集中度超过80%,能够得到清晰可辨的物像,满足对冷光学系统短结构、高分辨率的应用需求。     

基于共聚焦显微拉曼光谱的毛竹细胞结构和成分研究

采用共聚焦显微拉曼光谱对毛竹薄壁细胞、薄壁纤维过渡细胞和纤维细胞进行研究。通过构建偏最小二乘(PLS)定量区分模型来对这三种细胞中的差异进行分析,结果表明,该区分模型的建模和交互验证决定系数(R2)分别为0.810和0.800,均方根误差(RMSE)分别为0.323和0.332。根据这一模型的回归系数,发现三种细胞的区别主要体现在1 095,1 319和1 636 cm-1三个波数,这三个波数分别为纤维素、半纤维素和木质素的指纹特征峰。以这三个波数为自变量建立多元线性回归(MLR)模型,该回归模型的建模和交互验证决定系数(R2)分别为0.644和0.643,均方根误差(RMSE)分别为0.442和0.443,表明三种细胞在这三个波数处存在明显的差异。对小波变换基线消除后的拉曼光谱信号进行化学成像分析,结果显示,纤维素微纤维与纤维轴成一个很大的角度,这一结构有利于提高细胞的弹性模量和硬度。半纤维素和纤维素微纤维通过氢键相连,并在范德华力的作用下紧密地结合在一起,因此在拉曼化学成像中可以看到半纤维素和纤维素有相似的分布规律。三种细胞的细胞角和胞间层都高度的木质化,从细胞壁外层到内层木质化程度逐渐降低,表明细胞壁的木质化从细胞角和胞间层开始,且木质化程度并不完全。     

傅里叶变换显微红外光谱技术研究大气SO2/NO2与MgCl2单液滴的非均相氧化反应

硫酸盐是我国大气PM_(2.5)的重要成分之一,当前大气化学模型普遍严重低估雾霾期间大气硫酸盐的浓度,说明我们对SO_2大气转化机制的认识仍然不足。SO_2与NO_2在气溶胶微液滴内的协同氧化,被认定是一种硫酸盐颗粒物的关键额外来源。然而,在变化氛围(反应气体摩尔比、相对湿度)条件下,SO_2/NO_2与微液滴反应的关键动力学参数,目前仍然得不到准确的测定。本研究利用傅里叶变换显微红外光谱技术,在变化SO_2/NO_2摩尔比的条件下,原位测定了海盐气溶胶MgCl_2液滴中SO_4^(2-)与NO_3(2-)与NO_3^-浓度的时间演化。我们发现：MgCl_2单液滴与SO_2/NO_2反应生成了SO_4-浓度的时间演化。我们发现：MgCl_2单液滴与SO_2/NO_2反应生成了SO_4^(2-)和NO_3(2-)和NO_3^-,并且在SO_2/NO_2摩尔比为1∶5时SO_4-,并且在SO_2/NO_2摩尔比为1∶5时SO_4^(2-)的生成速率最快。本研究将为大气模型提供可靠参数,为制定有效的PM_(2.5)防控政策提供支撑。     

The Study of Heterogeneous Polymer Systems by Synchrotron Infrared Microscopy

Abstract

Synchrotron infrared (IR) microscopy is used to study multiphase polymer systems. Data is obtained at high spatial resolution from polymer blends, composites, and polymorphic isotactic polypropylene, and spectra are recorded successfully with apertures as small as 3 µm × 3 µm due to the high brightness of the synchrotron IR source.     

同步辐射X射线衍射增强CT方法研究

本文将同步辐射硬X射线衍射增强成像方法应用于材料无损检测CT方法中（简称衍射增强CT法）,并对自制样品进行投影成像重建,获得了非常清晰的样品内部结构图像,并与样品的单晶吸收成像CT重建结果进行对比.结果表明,对于吸收系数相近的结构材料,衍射增强CT法可得到更好的物质内部边界.     

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...     

基于同步辐射X射线相衬显微CT技术的竹木复合材料胶合界面特征研究

第三代同步辐射光源X射线相位衬度显微CT能获得样品内部结构的边缘增强图像,实现对低Z材料成像。利用上海同步辐射光源X射线相衬显微成像技术,实现了竹木复合材料中EPI和MUF胶合界面和胶黏剂渗透特征的无损探测,并基于这些特征分析了几种不同加工工艺对胶黏剂在木材和竹材中渗透的影响。该技术为人造板工艺解剖学研究提供了一种重要无损检测手段。     

复杂海洋环境下目标的红外辐射特征分析研究

分析研究了复杂海洋环境下点目标的红外辐射特征,从红外警戒探测系统应用的角度出发,给出了海洋环境下迎面攻击目标的红外辐射特征模型的建立、计算与分析方法。利用大气透过率计算软件计算并分析了特定条件下三个海域的目标红外辐射的大气透过率。给出了迎头攻击目标红外辐射特征的简化计算模型,并分析了特定区域下目标的红外辐射特征。     

扬子克拉通西部砂矿型金刚石多晶的同步辐射研究及意义

基于金刚石多晶形成过程的复杂性、制样的困难性等在较大程度上制约了人们对其成核、生长等结晶过程及意义等的深入理解,采用同步辐射技术对扬子克拉通的金刚石多晶进行同步辐射显微红外光谱、显微红外光谱成像等方面的研究。金刚石多晶的同步辐射研究表明,金刚石多晶研究样品总体属于Ⅰ型金刚石,其总氮含量(N_T)约为500~1 300 μg·g-1,对氮心的含量(N_A)约为300~700 μg·g-1,四氮心的含量(N_B)约为150~550 μg·g-1。金刚石多晶在地幔中的停留时间约介于0.06~0.12 Ga;样品的生长经历了多个生长中心先分别生长,后连聚成多晶再生长的过程,且整个多晶体的结晶中心区形成后,晶体优先往有利于稳固结晶中心的方向生长、再各向生长之过程。同时,金刚石多晶的生长在各时期内呈各向差异生长而非均匀生长,且存在间歇性停止生长的现象。     

同步辐射X射线荧光法分析藏药材和藏药制剂中金属元素

同步辐射X射线荧光(SR-XRF)技术具有光强高、能量范围宽、信噪比高、检测限低、无损伤分析等特点,在元素分析中具有极为显著的优势。采用SR-XRF技术,对临床治疗肝胆疾病常用的藏药材(川西獐牙菜)及藏药制剂中的金属元素进行较为准确的定量半定量分析,以期揭示藏药中这些金属元素与其药效的关系。SR-XRF分析结果发现,藏药材川西獐牙菜中含有钾(K)、钙(Ca)、钛(Ti)、钒(V)、铬(Cr)、锰(Mn)、铁(Fe)、锌(Zn)、铅(Pb)共九种金属元素(含量均处于ppb或亚ppm级别),且不同来源样品间的元素组成具有明显的差异性。另外,发现研究的藏药复方制剂含有钾(K)、钙(Ca)、钛(Ti)、钒(V)、铬(Cr)、锰(Mn)、铁(Fe)、镍(Ni)、铜(Cu)、锌(Zn)、铷(Rb)、铅(Pb)、汞(Hg)、钴(Co)、镓(Ga)15种金属元素及一种非金属元素砷(As),各元素含量均在ppb至ppm级别,不同复方制剂中的元素组成具有显著性的差异。利用SR-XRF技术对常用藏药材和藏药制剂中元素进行了,初步揭示了传统藏药中微量金属元素与其生物学效应的关系,并发现该技术可用于藏药微量金属元素的直接、快速检测。     

上海光源X射线成像及其应用研究进展

作为具有国际先进水平的第三代同步辐射光源,上海光源的X射线亮度比普通X光管高12~16个量级,基于它的X射线成像具有高空间分辨、高衬度分辨和快时间分辨的特点,同步辐射X射线可对样品实现原位、无损、高分辨、三维和动态成像,而且可以实现相位衬度成像,从而将X射线成像的应用领域拓展到软组织、聚合物等低Z材料。自2009年正式向用户开放以来,上海光源已在生物医学、材料科学、古生物学、土壤学等领域取得了一大批重要研究成果。为更好地支持用户,上海光源X射线成像组在定量成像、CT成像、快速CT重构等成像方法学领域开展了较为全面、系统的研究,大幅提高了实验效率和对不同样品的适应性。本文简要介绍了上海光源X射线成像方法学发展及相关应用研究进展。     

空中目标多波段红外辐射特性描述与仿真分析

针对空中目标在复杂背景下的探测需求,根据实际目标的运动特性,分析目标在飞行高度、飞行姿态角改变时的辐射特点,基于MODTRAN计算得到大气辐射和衰减数据,建立目标的三维模型、热辐射和反射模型,搭建空中目标的红外成像仿真系统.分析和仿真结果表明:在中波波段,目标尾焰的红外辐射比蒙皮强很多,在长波波段,蒙皮的红外辐射比较强,仿真图像的细节比较多,尾焰的红外辐射虽然有所减弱,红外成像效果依旧很好;相同探测条件下,由于位置越高大气越稀薄,探测器的可探测距离会变得比较远.目标红外辐射特性的分析和红外仿真系统的搭建对缩短红外探测器的研制周期和进一步确定探测器波段和系统分辨率等指标提供了参考依据.