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。     

纳米分辨相干反斯托克斯拉曼散射显微成像

采用附加探测光声子耗尽法来实现超衍射极限相干反斯托克斯拉曼散射显微成像. 此方法引入一束环形分布的附加探测光来消耗点扩展函数周边的相干声子, 实现点扩展函数的改造, 从而达到超越衍射极限的空间分辨率. 为了获得更高的空间分辨率和更佳的相位匹配条件, 通常需采用高数值孔径物镜对抽运光、斯托克斯光和探测光进行聚焦, 此时标量衍射理论不再成立. 基于矢量衍射理论, 分析了线偏振光、圆偏振光先后经过螺旋相位片和高数值孔径物镜后的光强分布, 结果表明: 圆偏振光在高数值孔径物镜后焦平面的光强分布呈中心对称状, 较线偏振环形光更适合作为附加探测光. 此外, 采用全量子理论分析了附加探测光声子耗尽法. 结果表明: 当附加探测光与探测光强度比为80时, 成像系统的横向空间分辨率可以达到45 nm; 继续提高附加探测光强度, 空间分辨将进一步提高.     

超衍射成像中 双螺旋点扩展函数的三维定位精度

开关效应和单分子定位的结合可以实现样品的超衍射分辨成像, 双螺旋点扩展函数将单分子定位纳米分辨从二维扩展到了三维.本文对双螺旋点扩展函数的三维定位精度展开了探讨.首先, 基于费希尔信息量, 计算了双螺旋点扩展函数的无偏估计, 得出其理论定位精度, 并分析了光子数、背景噪声以及有效像元尺寸大小对其定位精度的影响; 其次, 基于单分子定位实验过程中对于数据分析通常采用的高斯拟合质心定位算法, 通过误差传递函数定律求得双螺旋点扩展函数的轴向定位精度.计算机模拟结果表明, 在光子数大于1000的条件下, 高斯拟合质心定位精度和费希尔信息量理论定位精度符合较好. 本文的讨论不仅为双螺旋点扩展函数的三维定位精度提供了理论依据, 同时也可为实验提供理论指导. 关键词： 双螺旋点扩展函数 费希尔信息量 定位精度 高斯拟合     

Uptake of transferrin-conjugated quantum dots in single living cells

We study the uptake and distribution of transferrin （Tf）-conjugated CdSe/CdS/ZnS quantum dots （QDs） in single living HeLa cells with both fluorescence confocal microscopy and three-dimensional （3D） reconstruction technique. By increasing the co-incubation time or the dosage of QDs-Tf, we find that the uptake of QDs-Tf bioconjugates in the cells increases correspondingly, but with different uptake rates. Additionally, the distribution of QDs-Tf, in single live HeLa cells is time dependent. To our knowledge, this is the first study on quantitatively analyzing the uptake and distribution of bioconjugated QDs in single living cells. Such QDs nanoplatform can be further modified for developing biomedical evaluation tool in cancer diagnosis and targeted drug delivery.     

高定位精度三维动态追踪成像系统研究及应用

在活体细胞内研究其亚细胞结构以及细胞器和分子之间或不同分子之间的相互作用过程是目前生命科学研究的主要挑战,而发展一种能够实时检测完整细胞内多个生物分子随时空变化的单分子探测和追踪技术对于研究生命过程中的分子机制具有重要意义。设计并搭建了基于变形光栅和双螺旋点扩展函数的显微成像系统,实现了在三维空间内扩展景深和纳米定位功能,极大地扩展了成像深度。通过模拟分析,该系统在高定位精度下可实现12μm厚样品的动态探测,并实现了完整活细胞中动态粒子的实时定位和追踪。     

新型衍射光学成像光谱仪的设计和分析

为了克服在传统衍射光学成像光谱仪中,衍射透镜的焦距随波长变化引起系统放大率随波长变化,从而导致光谱图像的像元配准误差,得到并不精确的相对光谱信号强度,提出了将衍射透镜与消色差透镜系统相结合的新型折/衍混合、二组元复合远心成像光学系统的技术方案,具体分析推导了该系统的成像理论.在此理论指导下,利用光学设计软件Zemax设计了一套可见近红外成像光谱仪光学系统.结果表明,不但系统的放大率不随波长变化,而且进一步降低了衍射透镜的加工难度,改进了衍射光学成像光谱仪的光学性能,为新型衍射光学成像光谱仪的研制提供了重要的理论依据和设计指导.     

Analysis of detection limit to time-resolved coherent anti-Stokes Raman scattering nanoscopy

In the implementation of CARS nanoscopy, signal strength decreases with focal volume size decreasing. A crucial problem that remains to be solved is whether the reduced signal generated in the suppressed focal volume can be detected. Here reported is a theoretical analysis of detection limit （DL） to time-resolved CARS （T-CARS） nanoscopy based on our proposed additional probe-beam-induced phonon depletion （APIPD） method for the low concentration samples. In order to acquire a detailed shot-noise limited signal-to-noise （SNR） and the involved parameters to evaluate DL, the T-CARS process is described with full quantum theory to estimate the extreme power density levels of the pump and Stokes beams determined by saturation behavior of coherent phonons, which are both actually on the order of ~ 109 W/cm2. When the pump and Stokes intensities reach such values and the total intensity of the excitation beams arrives at a maximum tolerable by most biological samples in a certain suppressed focal volume （40-nm suppressed focal scale in APIPD method）, the DL correspondingly varies with exposure time, for example, DL values are 103 and 102 when exposure times are 20 ms and 200 ms respectively.     

基于数字微镜器件的超振荡光场产生及实验验证

介绍了光学超振荡的原理及设计方法,利用纯振幅调制的空间光调制器(SLM)-数字微镜器件(DMD),从实验上获得局部超分辨的超振荡光场,并采用空间频谱分析的方法进行验证。实验结果表明,产生的超振荡光场中超振荡区域的特征尺寸为衍射极限的60%,经空间频谱的分析可知,所产生的超振荡光场中并没有超过衍射极限的高空间频率成分产生。     

室内定位技术未来商业应用简述

在科技不断进步的今天,新型定位与导航系统已经成为最受人喜爱的地理应用技术。我国如今对于室内定位技术的研究多种多样,譬如在日常生活中广泛应用的红外线、超声波以及AGPS等等。本文将对现有的室内定位技术进行简介,并根据其特性展望其对于商业的可用之处,以期为我国商业进步贡献一些力量。     

基于数字信号处理的一种Shrew DDoS攻击检测方法

首先简要介绍了传统DDoS的一般检测方法，进而介绍了一种新型的DDoS攻击——Shrew DDoS攻击，这是一种不同于传统DDoS的低频攻击。针对这种攻击提出了一种基于数字信号处理的检测方法。