小型荧光激光雷达测量六种典型生物战剂模拟物二维荧光光谱

对成团泛菌(Pan)、金黄色葡萄球菌金黄亚种(Sta)、球芽孢杆菌(BG)和大肠杆菌(EH)四种生物战剂模拟物进行了培养和生长曲线测定,四种菌的代时分别为0.99,0.835,1.07和1.909 h;设计研制了近场小型荧光测量激光雷达,266和355 nm波长分别用于测量生物战剂模拟物氨基酸段和NADH段二维荧光谱;在可控的荧光测量腔室,测得了分辨率为4 nm的营养态细菌液态气溶胶以及牛血清(BSA)、卵清蛋白(OVA)两种毒素类模拟物液态气溶胶的二维荧光谱;二维荧光谱数据表明,Pan,Sta,BG,EH,BSA和OVA气溶胶,在氨基酸段的荧光谱形与标准荧光组分色氨酸较为一致,FWHM为60 nm,受培养生化环境、细菌内部荧光组分及比例的影响,荧光分子激发态与基态间的能量差增大,荧光谱带均存在不同程度的蓝/紫移;在Pan,Sta,BG和EH营养细菌气溶胶中均检出了较弱的NADH荧光组分,且水、氮等的拉曼散射不能完全扣除,光谱锯齿严重,FWHM为100 nm;二阶求导后的二维荧光谱表明,荧光谱的高阶处理和分辨识别是可行的。     

Single-shot fluorescence spectra of individual micrometer-sized bioaerosols illuminated by a 351- or a 266-nm ultraviolet laser

Reproducible fluorescence spectra of individual 2- to 5-microm -diameter biological aerosol particles excited with a single shot from a Q -switched laser (266 or 351 nm) have been obtained with highly improved signal-to-noise ratios. Critical to the advance are crossed diode-laser trigger beams, which precisely define the sample volume, and a reflecting objective, which minimizes chromatic aberration and has a large N.A. for collecting fluorescence. Several allergens (red oak, meadow oat pollen, paper mulberry pollen, and puffball spores) have different fluorescence spectra. Bacillus subtilis fluorescence spectrum deteriorates at high 266-nm incident intensity. Dry riboflavin particles illuminated with a 351-nm light exhibit a new 420-nm fluorescence peak that grows nonlinearly with laser pulse energy.     

CdSe/ZnS Fluorescent Nanoparticles as Nanoprobes of Local pH in Diagnostics of Oncology

We discuss the fluorescence spectra from a set of points in histological sections of colon tissue with different levels of pathology that were stained with hydrophilic semiconductor CdSe/ZnS nanoparticles that were modified by a unique method at the phase interface. The shifts in the fluorescence spectra that were recorded for stained cells at different pathologies are described using the electrochromism of the nanoparticles. Aqueous solutions of the CdSe/ZnS nanoparticles with different pH values are used as systems that model the acidity of a biological medium. It has been shown that the shifts of the fluorescence bands of the CdSe/ZnS nanoparticles are caused by a change in the local electrical field that is induced by solvated ions near their surface at different pH values of the solutions. The application of the CdSe/ZnS nanoparticles as nanoprobes for the local pH in biological tissue is discussed in the context of this model.     

Bacteriochlorophyll Fluorescence of Green Sulfur Bacteria in Anaerobic Zone of Two Natural Water Bodies

Absorption and fluorescence spectra for living cells of green sulfur bacteria inhabiting the anaerobic zone of two meromictic lakes separated from the White Sea have been studied. The spectral-optical properties of pure cultures of green-colored and brown-colored species of green sulfur bacteria Chlorobium phaeovibrioides have been compared, and the content of bacteriochlorophyll molecules in one bacterial cell of each species has been estimated. The method of separating the contributions of different groups of green sulfuric bacteria to bacteriochlorophyll fluorescence was applied for a mixture of two species of bacteria with different pigmentation. The depth distributions of fluorescence intensity and concentration of bacteriochlorophylls for microorganisms inhabiting the Trekhtzvetnoe and Elovoe lakes at the Kandalaksha Gulf of the White Sea were plotted.     

功能性ZnS纳米荧光探针的合成及其光谱性质研究

报道了功能性ZnS纳米荧光探针的合成与表征 ,同时研究了纳米粒子的荧光衰变寿命 ,考察了该纳米荧光探针的吸收光谱和荧光发射光谱特性。与此同时 ,研究了不同蛋白质和核酸对该纳米荧光探针的吸收光谱和荧光发射光谱的影响 ,实验表明 ,蛋白质的加入使得该纳米荧光探针的吸收和发射光谱强度均增强 ,而核酸的加入则使其吸收和发射光谱强度均减弱。据此 ,可望将该纳米荧光探针应用于生物大分子的分析测定     

用偏振荧光光谱表征乙醇-水团簇分子的取向行为

采用波长为236nm紫外光激励乙醇水溶液获得荧光光谱并对其偏振特性进行了研究.实验中分别改变入射光的偏振度，在300—400nm波段内进行荧光光谱、水平和垂直偏振荧光光谱检测.实验结果表明，当采用线偏振光照射乙醇水溶液时，其发射的荧光具有一定的偏振性，并计算了其偏振度.经理论分析得到了描述荧光偏振态的四个斯托克斯矢量，进而对该荧光的偏振状态进行了描述，通过对乙醇-水溶液的米勒矩阵的计算，对溶液中分子的取向特性进行了分析.本结果能对乙醇-水团簇分子的结构提供理论参考. 关键词： 荧光光谱 偏振光谱 斯托克斯矢量 米勒矩阵     

乙醇溶液的荧光光谱研究

分别从理论和实验上对乙醇水溶液在可见波段产生的荧光光谱及其特性进行了分析研究结果表明,在波长为253.7nm的紫外光激励下,乙醇溶液可以产生两个较强的荧光峰,即278～493nm和534～665nm荧光峰随乙醇溶液浓度的变化而变化,但在溶液的高浓度区和低浓度区,荧光的变化规律不同经理论分析认为,乙醇在253.7nm的激励下发出的荧光是由乙醇分子中C-OH基团的孤对电子产生的研究乙醇溶液的荧光光谱及其特性可为其作为有机溶剂对有机高分子的荧光光谱进行研究提供参考.     

基于径向基函数神经网络的荧光光谱技术在菌种识别中的应用

对嗜酸乳杆菌、变异链球菌和保加利亚乳杆菌这三种菌的荧光光谱进行研究,发现在紫外光的激励下,益生菌溶液发出荧光.在最佳激发波长290　nm的激励下,荧光峰值在300—650　nm范围内.采用小波变换对测得的150组光谱数据进行压缩,压缩后每组数据由原来的1341个点减少为168个点,既保留了原图谱的特征,又提高了神经网络的处理速度.径向基函数神经网络方法对压缩后的数据进行研究,对每种菌的40组实验数据进行训练,在此基础上对30组未知数据进行识别.结果表明经过训练之后,径向基函数神经网络能够准确预测未知菌种. 关键词： 荧光光谱 径向基函数神经网络 数据压缩     

核黄素与NADH在紫光波段的激光诱导荧光光谱研究

基于细胞代谢荧光体的激光诱导荧光探测,在生物反应过程监测与生物活性物质探测中具有广泛的应用.本文利用波长可调谐激光光源,结合液体射流进样装置,研究了核黄素与NADH等生物荧光体在紫光波段(389 nm～404 nm)激发的荧光光谱,并考察了激光强度、样品浓度等参数对荧光光谱特性的影响.实验观察到核黄素的激发光谱在402.5 nm处出现"波谷",具有特征性,选择403.5 nm激光激发,核黄素的浓度灵敏度约为NADH的八百分之一.这些结果为发展生物荧光探测与识别技术提供了新的基础数据.     

核黄素与NADH在紫光波段的激光诱导荧光光谱研究

基于细胞代谢荧光体的激光诱导荧光探测,在生物反应过程监测与生物活性物质探测中具有广泛的应用.本文利用波长可调谐激光光源,结合液体射流进样装置,研究了核黄素与NADH等生物荧光体在紫光波段(389nm～404nm)激发的荧光光谱,并考察了激光强度、样品浓度等参数对荧光光谱特性的影响.实验观察到核黄素的激发光谱在402.5nm处出现“波谷”,具有特征性,选择403.5nm激光激发,核黄素的浓度灵敏度约为NADH的八百分之一.这些结果为发展生物荧光探测与识别技术提供了新的基础数据.     

乙醇和水分子形成配合物与荧光光谱特性研究

讨论了紫外光照射乙醇和水混合溶液的荧光光谱及其对应的激发光谱，认为乙醇和水分子混 合时会发生团簇形成新的分子从而成为能辐射荧光的物质.采用不同波长的紫外光照射乙醇 水溶液，计算了不同入射光的荧光量子产率，进而选取具有最高荧光效率的激励光照射不同 混合比率溶液，通过探测混合物所发射的荧光光子数目随乙醇和水混合比率的变化规律，研 究了团簇分子的可能类型，并利用荧光强度和吸收率的加和性计算了混合物的总吸收率和总 荧光光子数目，从而解释了乙醇水溶液的荧光光谱特征峰.结果可为乙醇和水分子形成的新 团簇分子研究提供实验和理论依据. 关键词： 乙醇-水配合物 荧光光谱 分子团簇 激发光谱     

不同波长激发光诱导奶牛血液荧光光谱特性

实验样品取自正常奶牛静脉血液并用枸橼酸钠抗凝。实验结果表明:激发光波长不同,激发的荧光光谱线的强度和峰值不同;实验中用220～270nm波长的光激发荧光时,在317,367nm荧光主峰强度出现竞争现象;比较多种激发光激发的荧光光谱的实验结果知:用220,230,240,290,350,480,500nm波长的激发光激发下的荧光强度较强,而用其他波长的激发光激发下的荧光强度较弱,且在317,365,367,388,348,463,467,607,638nm波长附近出现比较强的峰值;合适波长的激发光对奶牛血液会有比较强的生物学效应。     

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。     

Design, simulation and characterisation of integrated optics for a microfabricated flow cytometer

Flow cytometry is widely used for analyzing micro-particles such as cells and bacteria. Microfabricated flow cytometers promise reduced instrument size and cost with increased robustness and have application in medicine, life sciences and environmental metrology. Further miniaturisation and robustness can be achieved if integrated optics are used instead of traditional free space optics. We present designs simulation and experimental characterisation of integrated optics for a microfabricated cytometer made from SU-8 resin on a glass substrate. The optics constructed from combinations of optical fibres (positioned with microgrooves), waveguides, and microlenses enable analysis of scattered light and fluorescence from particles positioned near the centre of a microchannel using one dimensional sheath flow. Four different methods for directing the incident light onto the particles are examined and the optimum design discussed.     

Atomic Absorption Spectrometry of Fire-Extinguishing Aerosols

The process of extinguishing a propane-air flame by aerosols of salt solutions has been investigated with the use of an atomic absorption spectrometer. The method of comparing aerosols in terms of the extinguishing efficiency has been evaluated. The changes in the flame temperature and spectra at different jet heights under the influence of aerosols of water and K₂CO₃ and Al(NO₃)₃ solutions have been shown.     

Vacuum Ultraviolet Photoionization Mass Spectra of Typical Organics Contained in Ambient Aerosols

This paper reports an investigation on typical organics contained in ambient aerosols with a vacuum ultraviolet photoionization aerosol time-of-flight mass spectrometer (VUV-ATOFMS). The VUV-ATOFMS utilizes a vacuum ultraviolet krypton lamp as an ionization source. The single- and multi-constituent particles generated with typical atmospheric organics (n-eicosane, n-triacontane, 1-pentadecanol, 1-eicosanol, hexanoic acid, decanoic acid, heptadecanoic acid, oleic acid, succinic acid, pyrene, vanillin, benzoic acid, terephthalic acid, and D-galactose) are analyzed with VUV-ATOFMS. The time-of-flight mass spectra of all organic particles are obtained except hexanoic acid. The mass spectra reveal that the detection efficiencies for a certain compound contained in multi-constituent and single-constituent particles are different. These discrepancies may result from the different evaporation dynamics of aerosols in both atomization and vaporization processes. The pyrene has the strongest signal intensity in single- or multi-constituent aerosols, indicating that the VUV-ATOFMS performs well in detecting polycyclic aromatic hydrocarbons. These experimental results present a view on the VUV-photoionization mass spectra of the 14 typical organics contained in ambient aerosols.     

激光诱导荧光光谱快速检测食源性致病菌

近年来,由微生物污染引起的食品安全问题对人类健康构成威胁。微生物的快速检测对食品安全具有重要意义。目前,微生物快速检测技术存在操作困难,成本高的不足。激光诱导荧光光谱(LIFS)具有灵敏度高、操作方便、设备相对便宜等优点,为微生物的快速检测提供了一种潜在技术。利用便携式405 nm激光激发三种常见食源性致病菌(粪肠球菌、鼠伤寒沙门氏菌和铜绿假单胞菌)的荧光,并利用微光纤光谱仪检测光谱。通过调节激光器功率(10～100 mW)得到粪肠球菌的荧光强度,验证了激光器功率(Power,P)与细菌荧光强度的关系,结果表明最佳激光器功率范围为50～80 mW。测量了在激光器功率P=50 mW时细菌样品的荧光光谱,并讨论了细菌种类和荧光光谱之间关系。结合文献分析粪肠球菌在528 nm处出现黄酮的荧光峰,铜绿假单胞菌中的原卟啉发射634 nm荧光峰。实验结果表明：(1)铜绿假单胞菌在634和703 nm处的荧光峰,可作为直接识别特征;(2)基于多元统计,将粪肠球菌和鼠伤寒沙门氏菌的光谱划分为9个特征区,采用动态聚类法得到粪肠球菌和鼠伤寒沙门氏菌的识别率均达到100%。结果表明,激光诱导荧光光谱法可有效检测铜绿假单胞菌、粪肠球菌和鼠伤寒沙门氏菌。相较于其他微生物快速检测技术,LIFS方法操作方便,检测速度快,识别率高,对食源性致病菌的快速检测具有重要的应用价值。     

不同紫外波段激发生物气溶胶荧光雷达系统性能分析

基于激光诱导生物荧光技术,分别采用紫外355nm和266nm激光作为激发光源,构建生物气溶胶荧光雷达监测系统模型.综合考虑不同激发波段,臭氧吸收以及太阳背景光等因素对激光雷达荧光探测效果的影响,对系统性能进行数值仿真分析.仿真结果表明,在四倍频266nm紫外波段的激光激发下,系统受地表臭氧的影响,白天的有效探测距离非常有限;在系统信噪比为10(SNR=10),臭氧浓度为50μg/L时,最大探测距离仅为300m;而夜间情况下,太阳背景光影响减弱,探测距离约为450m.三倍频355nm激发时,臭氧对系统的探测性能影响较小,夜间探测距离可达750m;白天太阳背景光对355nm的系统影响较大,在相同0.5mrad接收视场角下,其有效探测距离约为330m.为减少白天背景光的影响,将望远镜接收视场角压缩到0.3mrad,同时选用50nm带宽的滤光片,此时系统的探测距离为480m.由于355nm波段的激发荧光受白天太阳背景光的影响较大,在进行夜间探测时才可获得较好的效果;而266nm的激发波段可以很好的抑制背景光影响,能够实现对生物气溶胶的白天有效探测.     

水体细菌微生物多波长透射光谱特征分析研究

多波长透射光谱能够反映出样品细胞大小、形状、内部结构和化学组分等丰富而独特的信息,是微生物快速、实时、在线检测与识别的有利工具。将多波长透射光谱技术应用于水体致病性细菌微生物的快速有效检测对控制水体细菌微生物污染及保护饮用水源水质安全具有重要的现实意义。为了建立及发展基于多波长透射光谱技术的水体致病性细菌微生物快速有效的检测方法,采用紫外-可见分光光度计获取了多种水体致病性细菌微生物(如： 肺炎克雷伯氏菌、鼠伤寒沙门氏菌、金黄色葡萄球菌和大肠杆菌)在200～900 nm波段的多波长透射光谱,对比分析了不同细菌及同种细菌在不同浓度时的多波长透射光谱特征。结果表明： 对于同种细菌,当细菌浓度发生变化时,400～900 nm波段透射光谱形状较为一致,并且在400,450,500和550 nm波长处的光密度值与浓度具有很好的线性关系,该波段由细菌体的散射起主要作用;但在200～400 nm波段范围内,细菌透射光谱的形状随细菌浓度的变化而变化,在200,258,300和350 nm波长处的光密度值与细菌浓度分别具有很好的二次多项式关系。根据微粒的Mie散射理论,采用Levenberg-Marquardt非线性最小二乘方法对测得的四种细菌透射光谱进行了散射光谱和吸收光谱拟合,并对比分析了不同细菌散射光谱特征和吸收光谱特征,结果表明： 四种细菌散射光谱的特征峰均在245 nm波长处,但该波长处的光密度值具有明显差异性,这与不同细菌外部结构及内部结构细胞器的大小、形状等不同有关;而四种细菌吸收光谱特征峰均在260 nm波长处,且不同细菌在240～400 nm波段内吸收光谱也具有明显差异性,这与不同细菌细胞内的核酸、蛋白质等化学组分含量不同有关。该研究表明对于不同种细菌及具有不同浓度的同种细菌,测得的多波长透射光谱及计算出的散射光谱和吸收光谱特征都具有明显的不同,通过多波长透射光谱解析可以获得细菌多种特征参数,多波长透射光谱可以被用于快速有效检测水体中的致病性细菌微生物。该研究为发展水体细菌微生物快速在线监测仪提供了重要依据。     

Bacteria Spectra Obtained by Laser Induced Fluorescence

Laser-induced fluorescence technique (LIF) is described for getting bacteria spectra in the liquid phase. An excimer laser pumping a dye-laser and a doubly frequency laser have been used, exciting the bacteria to 290 nm, and using a monochromator, 600 lines/mm grating, with a CCD to measure and obtain the fluorescence spectra. In this study, a laser induced fluorescence system to measure certain bioaerosols (bacteria) was optimised. Finally, a small bacteria fluorescence spectra collection is presented.