近红外二区活体成像技术及其应用研究进展

近红外二区(NIRⅡ, 1000～1700 nm)生物成像作为近年来新生的光学成像技术,相对于传统的近红外一区(NIR Ⅰ,750～900nm)和可见光(Vis,400～750nm)成像,由于其荧光波长更长,生物组织的自发荧光背景更低,光子散射值更低,其组织穿透深度更深,该技术更适合于活体原位成像.本文综述了近红外二区荧光成像技术的发展及其在活体成像方面的应用,总结了各项技术的特点,最后对该研究方向的发展前景进行了展望,指出通过化学材料、光电仪器和多模态技术等多方面的持续发展,有望推动近红外二区活体成像技术的临床转化.     

近红外光谱无创生化检测中不定光程对模型精度的影响研究

利用近红外血流容积光谱相减方法无创伤定量分析人体血液生化成分时,获得的在体血液光谱对应的样品光程是不确定的。为研究样品间的光程差异对定标模型预测精度的影响,配制了30份模拟血清样品,利用可变光程样品池,采用傅里叶光谱仪分别测量了相同光程和不定光程两组样品的近红外光谱。以分析血清白蛋白成分为例,对两组样品的定标模型精度进行比较,结果显示不定光程组的模型精度与相同光程组的模型精度相比明显下降,交叉检验标准差(RMSECV)由110.0mg/dL增大至156.0mg/dL。采用多元散射校正算法对上述光谱数据校正后,RMSECV降低至98.1mg/dL。对比分析处理前后两组模型的精度,证实了采用适当的预处理方法能够有效校正不定光程引起的光谱误差,提高模型预测精度。     

基于激光近红外的稻米油掺伪定性-定量分析

该文主要研究激光近红外光谱分析技术结合化学计量学方法对稻米油掺伪进行定性-定量分析。分别将大豆油、玉米油、菜籽油、餐饮废弃油掺入稻米油中,按照不同质量比配置189个掺伪油样,利用激光近红外光谱仪采集光谱;对采集的稻米油掺伪图谱数据进行多元散射校正(MSC)、正交信号校正 (OSC)、标准正态变量变换和去趋势技术联用算法(SNV_DT)三种不同预处理并与原始数据进行比较。采用连续投影算法(SPA)对经过预处理的光谱数据进行特征波长提取,应用支持向量机分类(SVC)方法建立稻米油掺伪样品的定性分类校正模型,选择网格搜索算法对模型参数组合(C,g)进行寻优,确定最优参数组合。另采用后向间隔偏最小二乘法(BiPLS)和SPA对预处理后的光谱数据进行特征波长提取,分别应用偏最小二乘法(PLS)和支持向量机回归(SVR)建立掺伪油含量的定量校正模型,并选用网格搜索算法对SVR模型参数组合(C,g)进行寻优,建立最优参数模型。研究表明,建立的SVC模型预测集和校正集的准确率分别达到了95%和100%;对比SVR和PLS方法建立的数学模型对稻米油中掺杂油脂的含量的预测,两种方法均能够实现含量预测,SVR模型的预测能力更好,相关系数R高于0.99,均方根误差(MSE)低于5.55×10-4,预测精度高。结果表明,采用激光近红外光谱分析技术可以实现稻米油掺伪的定性-定量分析,同时为其他油脂的掺伪分析提供了方法。     

近红外吸收光谱技术快速检测奶制品中添加三聚氰胺

对奶制品中添加三聚氰胺的近红外吸收光谱快速检测技术进行了可行性研究。实验分别配置了8组不同三聚氰胺含量的纯牛奶样品,用FTIR光谱仪测量其吸收谱,并偏最小二乘法建立数学模型。研究结果表明,应用近红外吸收光谱技术可以对奶制品中添加三聚氰胺进行快速检测。     

激光共聚焦近红外荧光扫描系统光学设计

为了实现对近红外荧光的高分辨率扫描,设计了工作在近红外光谱区的激光共聚焦光学系统。采用结构简单的凹凸双透镜物镜实现了照明光路和发射光路的设计,并采用Zemax软件进行了光学设计和仿真。实验表明:照明光路的聚焦弥散斑小于1 m,照明针孔处的聚焦光斑小于40 m,满足照明针孔的尺寸要求;发射针孔处的聚焦光斑小于10 m,满足探测针孔尺寸要求;同时照明光路和发射光路的MTF曲线的截止频率都分别满足其衍射极限分辨率的要求,照明光路在全视场空间分辨率420 lp/mm处MTF0.08,发射光路在全视场空间频率400 lp/mm处MTF0.07。     

傅里叶近红外光谱的雪青梨酸度偏最小二乘法定量分析

利用近红外漫反射光谱测定法获取了完整雪青梨的近红外光谱(12 500～4 000 cm-1), 采用多元校正算法偏最小二乘法(PLS)方法,选取不同的波段范围对漫反射光谱进行有效信息提取和分析,得出了不同因子数时PLS方法进行酸度分析的结果及其因子数与交互有效检验标准偏差(RMSECV)关系,确定了最佳回归的因子数和用于定量分析的最佳波段范围。实验结果表明: 校正模型的预测精度在5 452～12 285 cm-1波段范围内,最佳主因子数为7时,雪青梨总酸的预测精度最好,其预测集的相关系数达到了0.79, 预测标准偏差为0.018 6。     

光子扫描隧道显微镜的进展

介绍我国第一台光子扫描隧道显微镜的研制情况，论述图像分解光子扫描隧道显微镜的原理和光子扫描隧显微的光存储技术的初步设想。     

Efficient Near‐Infrared Light‐Emitting Diodes based on In(Zn)As–In(Zn)P–GaP–ZnS Quantum Dots

Near‐infrared (NIR) lighting plays an increasingly important role in new facial recognition technologies and eye‐tracking devices, where covert and nonvisible illumination is needed. In particular, mobile or wearable gadgets that employ these technologies require electronic lighting components with ultrathin and flexible form factors that are currently unfulfilled by conventional GaAs‐based diodes. Colloidal quantum dots (QDs) and emerging perovskite light‐emitting diodes (LEDs) may fill this gap, but generally employ restricted heavy metals such as cadmium or lead. Here, a new NIR‐emitting diode based on heavy‐metal‐free In(Zn)As–In(Zn)P–GaP–ZnS quantum dots is reported. The quantum dots are prepared with a giant shell structure, enabled by a continuous injection synthesis approach, and display intense photoluminescence at 850 nm with a high quantum efficiency of 75%. A postsynthetic ligand exchange to a shorter‐chain 1‐mercapto‐6‐hexanol (MCH) affords the QDs with processability in polar solvents as well as an enhanced charge‐transport performance in electronic devices. Using solution‐processing methods, an ITO/ZnO/PEIE/QD/Poly‐TPD/MoO₃/Al electroluminescent device is fabricated and a high external quantum efficiency of 4.6% and a maximum radiance of 8.2 W sr^?1 m^?2 are achieved. This represents a significant leap in performance for NIR devices employing a colloidal III–V semiconductor QD system, and may find significant applications in emerging consumer electronic products.     

近共振区超短强激光脉冲激发的等离子体尾波场

用一维相对论粒子模拟研究了相对论超短强激光脉冲在等离子体中传播时激发的尾波场,初步获得了近共振区尾波场的峰值幅度随激光脉冲宽度变化的特点,发现在近共振区等离子体波激发出现增强。通过准静态近似下尾波激发的一维非线性方程数值求解,并与粒子模拟结果比较,得到了该非线性方程的适用范围：当激光脉冲宽度小于等离子体波波长的4倍时,该方程所得结果与粒子模拟结果一致;而当激光脉冲宽度大于该数值时,该方程不再适用。     

远距离近地面爆炸空气冲击波计算的网格尺寸优化与验证

建筑结构上爆炸荷载的确定是进行结构动态响应和损伤破坏分析以及结构抗爆设计和加固的前提。考虑到空气爆炸冲击波远距离传播数值模拟计算效率和精度以及软硬件能力的平衡问题,通过确定和优化网格尺寸,从而为大型复杂街区爆炸冲击波荷载的数值模拟网格尺寸选取提供合理建议。针对汽车炸弹和弹药库等典型近地面爆炸场景,首先,使用AUTODYN软件分别开展比例距离为0.2～5.0 m/kg^1/3和0.2～39.0 m/kg^1/3的空中爆炸自由场和地面爆炸入射场超压和冲量的单一尺寸网格敏感性分析,并考虑软硬件对单元网格数量的限制,给出依赖比例距离的渐变网格尺寸建议。其次,基于映射算法和建议的渐变尺寸网格对地面爆炸入射场超压和冲量进行数值模拟,提出了比例距离大于10.0 m/kg^1/3的峰值超压误差修正方法,并得到UFC 3-340-02规范的验证。最后,基于足尺房屋爆炸荷载分布试验共71个测点的超压和冲量时程数据,对提出的优化网格尺寸的计算精度和效率进行了验证。