威布尔分布在斯特林制冷机可靠性研究中的应用

介绍威布尔分布的统计分析方法,并探讨如何运用威布尔概率估计斯特林制冷机的可靠性特征值,包括试验数据的处理、曲线的绘制,以及如何对可靠性试验特征值进行估计和监测。     

荧光寿命成像在癌症诊断研究中的应用(特邀)

癌症是目前人类所面对的共同难题,降低癌症死亡率的关键是实现早期诊断。荧光寿命因对微环境的敏感性,不仅可以实现对早期癌症组织与正常组织的区分,还可以对药物治疗癌症进行监测,因此荧光寿命成像显微技术在癌症诊断方面具有巨大的应用潜力。本文介绍了荧光寿命成像显微技术的基本原理及检测方法,总结了内源性和外源性荧光团的特征及其与癌症诊断的关系,综述了近年来荧光寿命成像显微技术在神经系统、呼吸系统、消化系统、生殖系统、泌尿系统、内分泌系统以及皮肤系统等癌症诊断中的应用,讨论了荧光寿命成像显微技术在癌症诊断中的应用优势、局限性以及未来发展趋势。     

基于三参数威布尔分布的自动调整臂服役可靠性研究

作为汽车制动系统关键部件的自动调整臂,其服役可靠性关系到汽车行驶的安全;通过疲劳试验分析自动调整臂零部件失效的可能性,试验结果表明:矩形压簧及螺旋压缩弹簧是影响自动调整臂失效的关键部分;利用MATLAB分析试验数据,可知自动调整臂疲劳寿命服从三参数的威布尔分布,文中结合竞争性故障模型对自动调整臂的服役可靠性进行分析,基于该模型采用最小二乘法及最大相关系数法对试验中的寿命数据进行参数估计;实例分析表明,该法的原理简单,方便实用,结合竞争性故障模型的威布尔分布能准确真实地反映自动调整臂疲劳试验数据的统计特性,具有较好的工程应用价值。     

脉冲压缩在双光子荧光显微成像中的应用研究

本刊讯自20世纪90年代末,双光子荧光显微成像技术已经逐步成为利用光学手段研究生物组织和细胞的重要工具。由于双光子激发属于非线性光学过程,     

荧光共振能量转移-荧光寿命显微成像(FRET-FLIM)技术在生命科学研究中的应用进展

细胞是动植物结构和生命活动的基本单位.细胞过程的一个重要特点就是其生化组分在时空调控上的相互作用关系.然而,利用传统的生化方法(如酵母双杂交系统、pull-down系统等)很难在空间上评估活细胞内分子间的相互作用.光学技术的快速发展,为研究活细胞中生物分子的时空动态提供了新的遗传研究工具,其中荧光共振能量转移-荧光寿命...     

荧光寿命显微成像技术及应用的最新研究进展

由于荧光寿命不受探针浓度、激发光强度和光漂白效应等因素影响,荧光寿命显微成像技术(fluorescence lifetime imaging microscopy, FLIM)在监测微环境变化、反映分子间相互作用方面具有高特异性、高灵敏度、可定量测量等优点,近年来已被广泛应用于生物医学等领域.然而,尽管FLIM的发明和发展已历经数十年时间,其在实际应用中仍然面临着许多挑战.例如,其成像分辨率受衍射极限限制,而其成像速度与成像质量和寿命测量精度则存在相互制约的关系.近几年来,相关硬件和软件的快速发展及其与其他光学技术的结合,极大地推动了FLIM技术及其应用的新发展.本文简要介绍了基于时域和频域的不同寿命探测方法的FLIM技术的基本原理及特点,在此基础上概述了该技术的最新研究进展,包括其成像性能的提升和在生物医学应用中的研究现状,详细阐述了近几年来研究者们通过硬件和软件算法的改进以及与自适应光学、超分辨成像技术等新型光学技术的结合来提升FLIM的成像速度、寿命测量精度、成像质量和空间分辨率等方面所做的努力,以及FLIM在生物医学基础研究、疾病诊断与治疗、纳米材料的生物医学研究等方面的应用,最后对其未来发展趋势进行了展望.     

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。     

相干态表象在量子相空间分布函数中的应用

利用相干态表象和IWOP技术导出了自由热态密度矩阵的正规乘积形式,进而根据相干态表象下的Wigner函数定义重构了自由热态和热相干态的Wigner函数.结果表明利用相干态表象下的Wigner函数定义和算符的正规乘积形式可以方便简捷重构一些量子态的Wigner函数.     

氧化石墨烯的多色发光及其在荧光成像中的应用

氧化石墨烯作为石墨烯的一种带隙打开的衍生物,极大地丰富了其光学性质,并拓展了它在传感和成像方面的应用,特别是氧化石墨烯限域的π共轭结构对构建发光碳材料提供了十分便利的条件。目前,有大量的研究工作报道了氧化石墨烯及其衍生物能够产生多种颜色的荧光信号,然而,系统地总结这些研究去揭示氧化石墨烯发光机理的相关工作还比较少。本文总结了关于发光氧化石墨烯纳米材料的合成及其在光学成像方面应用的大量研究工作,为进一步开发新型的发光氧化石墨烯材料提供一些建设性意见。     

基于置换法的硫离子荧光传感器的研究及其在生物细胞成像中的应用

报道了一种基于香豆素衍生物与铜离子的络合物（C1-Cu）,可通过间接的方法检测硫离子。络合物C1-Cu的溶液中加入硫离子后,表现出明显的荧光增强响应,检测灵敏度高,检出限低达90 nmol/L;响应速度快,可实现硫离子的实时检测;荧光强度变化与硫离子浓度呈现良好的线性关系,能准确地定量分析硫离子浓度。上述络合物C1-Cu对硫离子的检测具有超高的选择性,即使在其他阴离子存在下也能高效地识别出硫离子;得益于香豆素良好的水溶性和生物相容性,上述络合物C1-Cu可实现生物细胞中硫离子的荧光成像。除荧光光谱响应之外,该体系对硫离子亦有紫外-可见光谱响应,无需借助任何仪器便可实现对硫离子方便、快捷的"裸眼"检测。     

应用小波边缘检测技术分析荧光寿命显微像

研究了小波图象边缘检测技术在荧光寿命显微像分析中的应用，利用小波分析的多尺度特性进行了荧光寿命显微像的边缘提取，结果表明，这种方法非常有效。     

Wavelength-Resolved 3-Dimensional Fluorescence Lifetime Imaging

We have developed a compact system for wide-field fluorescence imaging, resolved in three spatial dimensions, lifetime and wavelength, that is based on a gated optical intensifier and an all-solid-state diode pumped Cr:LiSAF oscillator-amplifier system. Exploiting spectral separation, the system has been applied to human teeth, obtaining good lifetime contrast between enamel, dentin and caries. Exploiting spectral separation combined with depth resolution, the study of fluorescent microspheres led to an enhancement in both lifetime contrast and lateral resolution.     

时域两维荧光寿命显微测量研究

提出了一种新的时域两维荧光寿命显微测量技术,建立了一套荧光寿命成像显微系统,介绍了这种测量技术的数据处理方法。用标准样品对该系统进行了测试,实验表明,该系统的时间分辨率为2ps,在放大倍率为100倍的情况下,该系统的空间分辨率为8um。如果在现有的设备下采用更细的网格板和微位移系统,那么该系统的空间分辨率可小于1um.     

用于双光子激发荧光寿命显微成像的高重复频率皮秒扫描相机

建立了一台基于新研制的高重复频率皮秒扫描相机的双光子激发荧光寿命显微成像系统,重点介绍所研制的高重复频率皮秒扫描相机。为了在高时间分辨力的同时扩大时间测量范围,实现大面积两维空间高时间分辨取样测量,从而提高采样速率和更有效地发挥扫描相机的作用,设计和研制了一种大面积、高时间分辨力扫描变像管和一种重复频率高达1MHz的斜坡电压扫描电路。基于上述关键部件所研制的扫描相机具有重复频率高、扫描速度可调、时间分辨力高、工作面积大、非线性低、触发晃动小等优点。用钛宝石飞秒激光器作为激光脉冲源,通过脉冲提取器将76MHz的高重复频率降低为1MHz,采用可调延时器和标准具对扫描相机的时间分辨力、扫描速度和非线性进行标定。该系统的时间分辨力达到6.5ps,非线性为2.60%,可测量的时间范围从十几皮秒到几十纳秒。测量了若丹明6G和香豆素314两种标准荧光染料的荧光寿命,取得了与参考文献一致的实验结果。     

荧光寿命的正弦调制测量法及分析

设计并制作了光强调制度和频率可调的发光二极管驱动电路,应用这种激励源激发荧光样品Eu₂L′3·nH₂O(L′=C₄H₄O₄),测量了激发光和Eu3+离子的5D₀—7F₂发射光的波形。实验得到的数据用按照相位法测量荧光寿命的原理用非线性最小平方曲线拟合,得到Eu3+离子激发态5D₀的寿命约为0.680 ms。讨论了光源调制中的高次谐波分量对测量结果的影响以及寿命具有一定分布的多指数衰减体系的测量和处理方式,提出应用傅里叶级数展开处理数据的修正方法,以扩大相位法测量荧光寿命的适用范围,得到更准确的荧光寿命值。     

Specification of Density Functional Approximation by Radial Distribution Function of Bulk Fluid

A systematic methodology is proposed to deal with the weighted density approximation version of classical density functional theory by employing the knowledge of radial distribution function of bulk fluid.The present methodology results from the concept of universality of the free energy density functional combined with the test particle method.It is shown that the new method is very accurate for the predictions of density distribution of a hard sphere fluid at different confining geometries.The physical foundation of the present methodology is also applied to the quantum density functional theory.     

Asymmetrical Distribution of Intrinsic Fluorescence Lifetimes in Proteins

Dynamic fluorescence measurements of proteins in solution are often interpreted in terms of continuous distributions of lifetimes, which reflect the intrinsic structural heterogeneity of these systems. In several cases a single Gaussian or Lorentzian symmetric distribution has been used to fit the data. In this paper we describe a new nonsymmetric Lorentzian function which contains three free parameters (the center, the left, and the right widths) like the double-discrete exponential model (the two lifetimes and one preexponential factor). Simulated data in the frequency domain have been used to compare the fits obtained with these different approaches, introducing a new parameter, , which quantitatively measures the asymmetry of the distribution or the ratio of the two preexponential factors, in the continuous and discrete models, respectively. Real measurements of a mixture of independent fluorophores, as well as of protein fluorescence decays, have also been performed and analyzed in terms of the new asymmetric function. The data have also been fitted with traditional discrete methods (such as the two- and the three-exponential decay) and with another asymmetric function, namely, the skewed Gaussian distribution.     

Effect of Polystyrene Microsphere Surface to Fluorescence Lifetime Under Two-Photon Excitation

Molecular assays such as immunoassays are often performed using solid carriers and fluorescent labels. In such an assay format a question can be raised on how much the fluorescence of the label is influenced by the bio-affinity binding events and the solid carrier surface. Since changes in fluorescence intensity as labels bind to surfaces are notoriously difficult to quantify other approaches are preferred. A good indicator, independent of the fluorescence intensity of the label, is the fluorescence lifetime of the marker fluorophore. Changes in fluorescence lifetime reliably indicate the presence of dynamic quenching, energy transfer or other de-excitation processes. A microsphere based assay system is studied under two-photon excitation. Changes in fluorescence lifetime are studied as labeled protein conjugates bind on microsphere surfaces – both direct on the surface and with a few nanometer distance from the surface. Fluorescence signal is measured from individual polystyrene microspheres and the fluorescence lifetime histogram is simultaneously recorded. The results indicate that self-quenching and quenching by the polystyrene surface are both present in such a system. However, the effect of the surface can be avoided by increasing the distance between the surface and the label. Typical distances achieved by a standard sandwich type of assay, are already sufficient to overcome the surface induced quenching in fluorescence detection.     

用瑞利激光雷达16年观测数据分析合肥地区大气密度分布特征

介绍了L625瑞利激光雷达系统结构以及基于瑞利散射理论探测大气分子数密度的原理.提出了反复迭代修正大气透过率的计算方法,并通过模拟仿真验证了该算法的可靠性.通过误差分析得到影响大气分子密度不确定度的主要因素为回波信号信噪比以及参考点处大气分子数密度值,给出了回波信号误差产生的主要来源以及参考点选取方法.最后,分析了激光雷达16年观测数据反演的结果,得到合肥地区大气分子数密度的月份以及年份分布状况,结果表明:中层大气分子数密度分布呈现明显的季节性分布特征,冬季分布稀疏,夏季分布密集,随年份分布则较为平稳.通过将统计平均得到的密度廓线与1976美国标准大气模式比对分析,发现由激光雷达观测反演得到的结果较模式值大,二者的比值在1.05～1.13之间.