激光照射血细胞的衰变规律和损伤机制研究

采用FLS900型稳态荧光光谱仪对红色激光持续照射的正常离体血液和酒精中毒离体血液进行了荧光检测,得到了血液物质成分变化及荧光光谱特征随时间衰变的规律.研究结果表明：随着血液离体时间的延长,当407 nm的紫光激励时,在605 nm处的荧光峰峰位保持不变只是强度缓慢减弱,但两者均在离体后的14 h和10 h出现了谱形突变,并在474 nm处产生了一个强荧光峰.比较分析发现激光对正常离体血液的衰变有明显的延缓作用,对酒精作用破坏的红细胞也有部分修复功能,但当激光持续照射一定时间后却导致了细胞的形态改变进而加速了细胞的溶血进程,产生了大量的内源性荧光物质还原烟碱腺嘌呤二核苷酸.本文的研究结果能为血细胞活性衰变规律以及功能结构研究提供有意义的参考.     

激光照射血细胞的衰变规律和损伤机制研究

采用FLS900型稳态荧光光谱仪对红色激光持续照射的正常离体血液和酒精中毒离体血液进行了荧光检测,得到了血液物质成分变化及荧光光谱特征随时间衰变的规律.研究结果表明:随着血液离体时间的延长,当407nm的紫光激励时,在605nm处的荧光峰峰位保持不变只是强度缓慢减弱,但两者均在离体后的14h和10h出现了谱形突变,并在474nm处产生了一个强荧光峰.比较分析发现激光对正常离体血液的衰变有明显的延缓作用,对酒精作用破坏的红细胞也有部分修复功能,但当激光持续照射一定时间后却导致了细胞的形态改变进而加速了细胞的溶血进程,产生了大量的内源性荧光物质还原烟碱腺嘌呤二核苷酸.本文的研究结果能为血细胞活性衰变规律以及功能结构研究提供有意义的参考.     

喇曼光镊分析血红细胞的携氧能力

应用喇曼光镊系统结合气体循环供给装置,收集了不同氧合状态的单个红细胞的喇曼光谱,分析了激光功率对氧合状态分析的影响.选择氧合态和去氧态的对比及区分指标,并运用该指标分析了不同保存时间、不同健康状态红细胞的携氧能力.结果发现:较强功率的激光照射细胞会导致其亚铁血红素凝集特征峰1248、1371cm-1升高;I1638/I1547比值是区分氧合态与去氧态的良好标志;经较长时间保存的红细胞氧合能力增强,但去氧能力没有显著变化;而α-地中海贫血HbH-CS患者的红细胞氧合能力比正常对照的强,但其去氧能力较差.从而表明喇曼光镊可以快速灵敏地分析红细胞的氧合能力,评价其携氧功能.     

红细胞内吞银包金纳米颗粒的实时表面增强喇曼研究

研究了结晶紫包裹的银包金纳米粒子进入红细胞的实时过程.利用激光光镊喇曼技术每隔20s通过光镊囚禁红细胞并收集该细胞及邻近溶液的喇曼光谱,抽取光谱中具代表性的特征峰来观察其强度随时间的变化.结果表明:从囚禁的红细胞中收集到的光谱包括了归属红细胞与结晶紫的特征峰.红细胞的光谱特征峰1 001、1 128、1 213cm-1和结晶紫的光谱特征峰915、1 177、1 389、1 586、1 619cm-1的强度随着时间增加,表明在红细胞与纳米粒子共培养的过程中,纳米粒子在红细胞中累积,并引起红细胞信号增强.分析红细胞与其邻近溶液的光谱差,发现归属结晶紫的光谱特征峰913、1 179、1 586cm-1随时间呈类余弦的变化,表明红细胞内的结晶紫包裹的银包金纳米粒子含量先升高后降低再升高.通过计算得到纳米粒子开始进入红细胞的时间范围及进入的速度、被溶酶体降解的速度.研究表明表面增强喇曼技术为研究外物进入细胞提供了新的实验方法和思路.     

心肌梗死患者红细胞的光镊拉曼光谱

利用激光光镊拉曼光谱系统,测定了健康者红细胞和心肌梗死患者的红细胞拉曼光谱,研究其拉曼光谱之间存在的差异性,探讨其红细胞内容物的改变情况及其变化机理,为疾病的诊断提供一种新的、快速简便的光谱分析手段,为临床诊断提供有力的实验依据.     

激光光镊拉曼光谱技术在生物医学上的应用及进展

激光光镊拉曼光谱技术(LTRS)是一种将激光光镊与共聚焦拉曼光谱技术相结合的产物。该技术能够保证在生理条件下捕获、操控、测量在悬浮状态下单个活性细胞并对其进行生物学分析研究。这种在单细胞研究上的独特优势使其越来越受到人们的关注。本文以激光光镊拉曼光谱技术在生物医学上的应用及其技术发展历程为主线,围绕拉曼光谱技术在细胞分选及细胞的特性研究,多光镊拉曼光谱系统,微流控传输系统,多模式分析系统四个方面综述了近些年来光镊拉曼光谱技术如何通过其他技术联用及其技术的改进实现在多数据采集与整合,高效率,高通量和自动化的传输方面的发展,并概述了LTRS技术生物医学上的应用。最后,对其未来的发展前景进行展望。     

单个大鼠胎肝干细胞的激光光镊喇曼光谱

激光光镊喇曼光谱系统是将激光光镊与喇曼光谱相结合的一项光学技术,可以在接近自然的生理状态下研究单个生物细胞的识别及其构成成分的检测.本文采用胶原酶消化法,分离10~21天不同孕期大鼠的胎肝干细胞和成体大鼠的肝实质细胞,应用激光光镊喇曼光谱技术检测分离到单个胎肝干细胞和肝实质细胞,以及WB-F344大鼠肝干细胞系细胞,并比较了胎肝干细胞和肝实质细胞的喇曼光谱.结果发现,13天以前孕大鼠胎肝干细胞在1 336cm-1(代表多聚核苷酸链(嘌呤))和1 446cm-1(代表蛋白的弯曲模型)处的峰依次增高,13天孕大鼠胎肝干细胞在1 336cm-1和1 446cm-1处的平均峰值最高,14天以后逐渐降低.结果表明激光光镊喇曼光谱系统可以鉴别不同孕期的胎肝细胞和成体肝实质细胞,分析胎肝干细胞的分化机理,为临床应用肝干细胞治疗奠立基础.     

喇曼光镊分析血红细胞的携氧能力

应用喇曼光镊系统结合气体循环供给装置,收集了不同氧合状态的单个红细胞的喇曼光谱,分析了激光功率对氧合状态分析的影响.选择氧合态和去氧态的对比及区分指标,并运用该指标分析了不同保存时间、不同健康状态红细胞的携氧能力.结果发现：较强功率的激光照射细胞会导致其亚铁血红素凝集特征峰1 248、1 371 cm－1升高|I1 638/I1 547比值是区分氧合态与去氧态的良好标志|经较长时间保存的红细胞氧合能力增强,但去氧能力没有显著变化|而α-地中海贫血HbH-CS患者的红细胞氧合能力比正常对照的强,但其去氧能力较差.从而表明喇曼光镊可以快速灵敏地分析红细胞的氧合能力,评价其携氧功能.     

基于数字全息的血红细胞显微成像技术

数字全息显微成像有别于传统光学显微成像,可根据重建全息图获取细胞的生物学参数与形貌信息,是一种有效的非接触无损三维成像技术.随着像感器的发展与硬件计算能力的提升,数字全息显微成像技术在活体生物细胞检测尤其在血红细胞检测领域取得了显著进展和突破.本文介绍了同轴、离轴以及光镊辅助离轴的数字全息显微技术,这些技术利用瑞利索末菲反向传播算法、清晰度量化算法、分水岭分割算法、数字重聚焦方法与热涨落方法等来实现血红细胞的形变、空间分布、三维体积信息的高精度提取,有助于糖尿病、心血管疾病、帕金森氏疾病等病理研究.数字全息显微成像技术实现了传统三维显微成像技术难以达到的实时性和定量化检测,由于独有的非接触、无损性特点,在细胞成像领域应用前景广阔.     

一种与光镊结合的显微拉曼光谱技术

论述了一种与光镊结合的显微拉曼光谱即"光镊-显微拉曼光谱"系统的构建方案。给出了利用该系统测得的活细胞(大白鼠血细胞,酵母细胞)的微区拉曼光谱,并将红外光镊束缚下的Ar+激光激发的血细胞的拉曼光谱,与用单一Ar+激光光镊束缚并同时激发的血细胞拉曼光谱,以及血细胞直接贴在基底上的拉曼光谱进行了分析对比。实验表明,前者比后两种实验方案的血细胞拉曼光谱信号有显著提高。分析了红外1064 nm光镊激光和可见514.5 nm Ar+激光对活细胞的损伤效应,发现高功率的红外激光对细胞的损伤作用远小于低功率的Ar+激光。并将该系统应用于碳纳米管材料分析,获得了单壁碳纳米管的拉曼光谱。     

考虑光镊效应的飞秒激光双光子加工线宽

采用自由基浓度起伏理论结合光镊集聚效应,理论研究了飞秒激光双光子加工的线宽问题。根据双光子光聚合过程中自由基浓度随时间变化的关系,考虑光镊效应对自由基分布范围的影响,得到了飞秒激光双光子加工线宽的表达式。研究了线宽随扫描速度与激光功率的变化关系,并讨论了不同光引发剂对线宽的影响。得到了以自由基浓度起伏为基础,并考虑光镊效应的双光子加工线宽表达式,该结果与实验结果相符。研究结果为飞秒激光双光子加工的研究提供了新的思路,为光镊集聚效应对线宽影响的实验研究提供了理论依据。     

激光诱导荧光光谱法研究血细胞衰变规律

用激光诱导荧光光谱法研究了全血溶液在不同衰变时间的荧光光谱变化规律.经小白鼠眼眶取血后配成不同浓度的全血溶液,每隔三小时检测一次其荧光光谱,得到了全血溶液在整个衰变过程中不同时间段的荧光光谱.研究结果表明：存放在室温空气中的血液会随存放时间的延长,其628nm处的荧光峰产生红移,同时荧光峰强度也随之减弱.提出血液荧光光谱峰值红移是由于血细胞在老化过程中红细胞膜不同程度受损引起的.红细胞受损导致溶血,其中的血红蛋白大分子之间将发生共振能量转移,引起自吸收,从而使荧光光谱强度降低.其研究结果将会对研究血液细胞的衰变机理,理解机体细胞的衰变具有一定的参考意义.     

阵列光镊的发展与应用

在生命科学研究中和在微量液体环境下分离液体中的细胞、生物大分子或胶体颗粒一直是一项具有挑战性的工作。"光镊"技术自20世纪80年代被提出到现在,在生命科学研究领域已经得到了日益广泛的运用。激光对细胞捕获的作用已得到进一步扩展,二维"光镊阵列"技术是近年来"光镊"技术中最重要的发展之一。讨论了阵列光镊的发展现状及基本原理,分析了它在生命科学中的应用,并对其发展趋势进行了展望。     

非正常形态红细胞对拉曼光谱判别的影响

血红细胞对环境敏感,细胞形态很容易发生改变,皱缩甚至形成棘形。文章应用光镊拉曼光谱技术俘获、收集来自健康个体和地中海贫血患者的正常形态、一般皱缩和棘形红细胞的拉曼光谱,从平均光谱、主成分分析等方法分析不同形态红细胞的光谱差异与胞内Hb的变化,及其对光谱诊断分析的影响。结果发现,在正常的生理环境下,红细胞发生皱缩甚至形成棘形细胞并不影响光谱判别分析。     

光镊技术在气溶胶物理化学表征中的应用

有机气溶胶的热/动力学研究是多学科交叉的前沿研究领域,其核心问题主要是非理想混合包括挥发性、液-液相分离、非平衡传质动力学等,精确测量这些过程相关理化参数是目前研究的瓶颈。光镊系统可以悬浮气溶胶单颗粒,获得高信噪比受激拉曼光谱,在研究气溶胶物理化学性质与其大气效应中具有独到优势。被广泛用于有机及其与无机混合体系气溶胶的吸湿性、挥发性、水传质动力学、液-液相分离过程研究中。本文综述了激光悬浮气溶胶单颗粒技术的研究进展,主要包括光镊技术的原理和技术手段,以及在气溶胶关键物理化学参数测量中的应用。通过光镊系统,一方面可以获得重要理化参数的精确结果,另一方面可以对实际环境中悬浮液滴的状态进行模拟测量,从而为大气科学的研究与污染治理提供重要支撑。     

双光子聚合多次快速扫描机制与小线宽研究

采用自由基浓度起伏理论并考虑光镊集聚效应,理论研究了飞秒激光双光子聚合多次快速扫描的线宽问题。根据双光子光聚合过程中自由基浓度随时间变化的关系,考虑光镊力及自由扩散效应对自由基分布的影响,得到了多次快速扫描加工线宽的表达式。研究了多次扫描过程中产生自由基浓度随扫描次数的变化、双光子聚合加工不同扫描次数下加工线宽随激光功率的变化、多次扫描过程中间隔时间对于加工线宽的影响。多次扫描的线宽表达式可以直接回归至单次扫描的一般公式,且理论结果与文献中实验加工线宽相吻合,两者误差在2%。控制扫描间隔时间,减少自由基的向外扩散运动以及被树脂材料内大分子猝灭,使得活性自由基的分布更为集中,可以获得更小的加工线宽。研究结果为飞秒激光双光子更小线宽加工的研究提供了新的思路,为飞秒激光多次快速扫描加工提供了理论依据。     

407 nm 光诱导的红细胞荧光光谱随浓度增加红移的机理分析

用407nm光激发不同浓度离体红细胞可以产生较强的荧光光谱,进一步研究发现这些荧光光谱中存在两个明显的、频谱宽度大致相等的荧光发射区,而且在生理盐水中随着红细胞浓度的增加,其发射的荧光光谱的谱峰值位置向长波方向移动,即出现“红移”现象.从理论上对这种“红移”现象的产生机理进行了分析,表明这种现象是由于浓度变化对荧光团电子能级产生的微扰发生变化所致.该研究结果对现代医学中的荧光光谱诊断技术和低功率激光照射疗法都有一定的参考价值.     

基于视觉原理和流体力学法的全息光镊三维光阱刚度测量

为了检测全息光镊的捕获能力,将基于视觉原理的光学测量系统用于全息光镊三维光阱刚度的测量.光学系统采用对称分布的双光源照射样品池,形成两个像点,通过跟踪像点位移获取被全息光镊捕获微球的三维位移信息.结合流体力学法测出本光学系统中单、双光阱的三维光阱刚度.实验结果表明:单光阱中,沿X、Y水平方向光阱刚度相差不大,而轴向光阱刚度落在水平方向的1/3~1/4范围;双光阱中,离光轴(即衍射中心)近的光阱其三维刚度要比距离光轴稍远的光阱要大,说明越靠近衍射中心,光的衍射效率越高,产生的光阱捕获能力也越强.     

人血红细胞傅里叶变换红外和近红外拉曼光谱

通过人血红细胞傅里叶变换近红外拉曼光谱和红外光谱研究,基本上确定了人血红细胞中特征官能团的归属, 发现不同拉曼频移的拉曼信号强度随激发光功率呈非线性变化规律。近红外激光拉曼光谱结合红外光谱信息,可作为研究人血红细胞结构的有效测试手段。     

激光大气等离子体时间演化特性的光谱研究

采用延时光谱法和谱线演化法 ,对YAG脉冲激光器 1 0 6 μm光束击穿一个大气压的空气所产生的等离子体进行了时间分辨光谱研究。对激光大气等离子体连续光谱的短波带与长波带分别进行了时间分辨测量 ,结果表明两者的衰变速率均在等离子体激发约 0 5微秒以后明显变慢。分析认为这种衰变速率的变慢可能与空气中氧对自由电子的吸附与去吸附有关。对激光大气等离子体线状光谱所作的时间分辨测量则表明 ,大部分线状光谱的演化寿命大于其标称寿命 ,部分线状光谱还呈现“衰变—增涨—衰变”的复杂形式。分析认为线状光谱的这些演化特征可能与等离子体在衰变期间的各种复合过程和能量转移过程有关。