- 2025-01-10 17:03:03光聲傳感器
- 光聲傳感器是一種利用光聲效應(yīng)進行測量的傳感器。它通過將光照射到物質(zhì)上，引起物質(zhì)內(nèi)部微觀粒子的熱彈性膨脹，從而產(chǎn)生聲波，通過檢測這些聲波來實現(xiàn)對物質(zhì)性質(zhì)的測量。光聲傳感器具有高精度、高靈敏度、非接觸式測量等優(yōu)點，廣泛應(yīng)用于氣體檢測、生物醫(yī)學、材料科學等領(lǐng)域，對于推動相關(guān)領(lǐng)域的科學研究和技術(shù)創(chuàng)新具有重要意義。
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光聲傳感器問答
- 2025-02-17 14:30:16多光譜光聲斷層掃描成像原理是什么？
- 多光譜光聲斷層掃描成像：開創(chuàng)醫(yī)學影像的新篇章 多光譜光聲斷層掃描成像（MSPAT）是一項革命性的成像技術(shù)，結(jié)合了光學和超聲波的優(yōu)勢，能夠提供高分辨率的圖像，且具有較高的深度穿透能力。隨著技術(shù)的不斷發(fā)展，MSPAT在醫(yī)學成像、癌癥檢測、腦部研究等領(lǐng)域展現(xiàn)了廣泛的應(yīng)用潛力。本篇文章將深入探討多光譜光聲斷層掃描成像的原理、優(yōu)勢及其在臨床診斷中的應(yīng)用。 光聲效應(yīng)與成像原理 多光譜光聲斷層掃描成像的核心原理是基于光聲效應(yīng)。當激光光源照射到組織中時，組織中的水分和血紅蛋白會吸收特定波長的光，導(dǎo)致局部溫度升高并產(chǎn)生快速的熱膨脹。這個過程會激發(fā)聲波的產(chǎn)生，聲波的強度和頻率可以通過超聲探頭進行探測，從而反映出組織的內(nèi)部結(jié)構(gòu)和成分。 多光譜光聲斷層掃描成像之所以能稱為“多光譜”，是因為它使用了不同波長的激光源，從而可以獲得組織的不同光學特性。這種技術(shù)的優(yōu)勢在于，它能夠獲取更豐富的組織信息，識別不同的組織成分，如血管、腫瘤以及其他病變區(qū)域。 多光譜光聲斷層掃描成像的優(yōu)勢 相比傳統(tǒng)的成像技術(shù)，如CT（計算機斷層掃描）和MRI（磁共振成像），多光譜光聲斷層掃描成像具有獨特的優(yōu)勢。MSPAT能夠以較高的分辨率提供結(jié)構(gòu)性圖像，這在微小病變的早期發(fā)現(xiàn)上至關(guān)重要。尤其是在腫瘤檢測方面，MSPAT能有效區(qū)分腫瘤組織和健康組織，有助于提高腫瘤早期篩查的準確性。 MSPAT能夠在不使用放射線的情況下，獲得豐富的血管信息。傳統(tǒng)的成像技術(shù)需要注射對比劑來突出血管的顯現(xiàn)，而MSPAT則通過不同波長的激光照射，可以無創(chuàng)性地提供關(guān)于血管的詳細信息，且能夠深入體內(nèi)組織層次，幫助醫(yī)生更好地評估腫瘤的血供狀況或病變的演變過程。 臨床應(yīng)用前景 在醫(yī)學領(lǐng)域，MSPAT已經(jīng)展現(xiàn)出巨大的應(yīng)用潛力，尤其在腫瘤檢測和神經(jīng)系統(tǒng)疾病的診斷中。通過對腫瘤組織的精確成像，醫(yī)生可以更加準確地評估腫瘤的大小、位置以及血供情況，從而為方案的制定提供重要依據(jù)。MSPAT也在腦血管病變、腦部腫瘤等神經(jīng)系統(tǒng)疾病的研究中，幫助醫(yī)生獲取更加直觀的病變圖像，輔助早期診斷和治果評估。 未來，隨著技術(shù)的不斷進步，MSPAT的應(yīng)用范圍將進一步擴展。尤其是與人工智能結(jié)合的進展，MSPAT的圖像分析將更加，能夠幫助醫(yī)生在極短的時間內(nèi)做出更加科學的診斷決策，極大地提高醫(yī)率和診斷準確率。 結(jié)論 多光譜光聲斷層掃描成像作為一項創(chuàng)新的成像技術(shù)，憑借其高分辨率、無創(chuàng)性和多波長成像的優(yōu)勢，正在醫(yī)學影像領(lǐng)域中占據(jù)越來越重要的地位。隨著技術(shù)的不斷發(fā)展，MSPAT將在腫瘤篩查、腦部疾病診斷等方面展現(xiàn)出更加廣泛的應(yīng)用潛力，并有望成為未來醫(yī)學影像的主流技術(shù)之一。
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- 2022-07-20 13:38:49光聲成像材料 | 腫瘤微環(huán)境激活的光聲成像顯影劑
- 在生物成像和光診療學領(lǐng)域，通過對材料的結(jié)構(gòu)調(diào)整以控制其光學性質(zhì)是探索新材料，發(fā)現(xiàn)新應(yīng)用的重要且常見方式。貴金屬就是其中較為主要的一類原料，但通常的貴金屬材料存在兩個明顯缺點：一、激發(fā)波長通常落在可見光和近紅外一區(qū)（NIR-I，700 – 1000 nm），這使得成像的深度降低，同時無法與組織發(fā)生明顯的作用；二、該類材料通常不具備激活功能（即始終在線，Always-on），使得難以從成像中分辨目標和其他無關(guān)組織，同時可能會存在未知副反應(yīng)。 在這樣的背景下，作者Chunyu Zhou等人將目標放在更高信噪比、更大成像深度的近紅外二區(qū)（NIR-II，1000 – 1700 nm），開發(fā)能夠?qū)δ[瘤微環(huán)境進行響應(yīng)的貴金屬納米材料。該材料以金納米粒子（Gold nanoparticles，AuNPs）為主體（見圖1），在乙醇和水的混合體系中使其形成納米鏈（Nanochain）。之后引入Tetraethyl orthosilicate，（TEOS），水解后包裹金納米鏈，形成核鞘結(jié)構(gòu)（Core-sheath nanostructure，AuNCs@SiO2）。注射至小鼠體內(nèi)后，因腫瘤微環(huán)境（Tumor microenvironment，TME）中高H2O2水平觸發(fā)鄰近金納米顆粒在AuNCs@SiO2的有限局部空間內(nèi)融合，從而產(chǎn)生了具有強NIR-II吸收的串狀結(jié)構(gòu)。 圖1：AuNCs@SiO2作用示意圖因AuNCs@SiO2具有TME激活特性，因此不容易受其他組織的影響，表現(xiàn)出優(yōu)異的光聲成像性能（圖2）。 圖2：正常組織與腫瘤組織的超聲、光聲成像對比 同時，AuNCs@SiO2在1064 nm處光熱轉(zhuǎn)換效率高達82.2%（圖3），可導(dǎo)致癌細胞嚴重死亡，顯著抑制腫瘤生長（圖4、5、6）。 圖3：AuNCs@SiO2與其他已報道的光熱治療試劑的轉(zhuǎn)換效率對比：1) AuNCs@SiO2; 2) Au3Cu@PEG TPNCs; 3) Au-wires-on-AuNR; 4) Pt Spiral; 5) Cu2MnS2 NPs; 6) Nb2C (Mxene); 7) Cu3BiS3 NRs; 8) L-Pdots; 9) TBDOPV-DT NPs; 10) SPN-DT圖4：注射PBS和AuNCs@SiO2的荷4T1瘤小鼠光熱紅外熱成像（1064 nm NIR-II激光，0.5 W/cm2）圖5：注射PBS和AuNCs@SiO2后，腫瘤部位溫度與照射時長的變化趨勢 圖6：接受相應(yīng)治療后的小鼠腫瘤大小對比（I：PBS；II：AuNCs@SiO2；III：PBS+Laser；IV：AuNCs@SiO2+Laser） 總結(jié)：作者成功合成出具有TME響應(yīng)的、同時具有光聲成像和光熱治療功能的二氧化硅包裹自組裝金納米鏈。通過TME中高濃度H2O2水，使金納米粒子表面檸檬酸氧化，進而脫離納米粒子表面，導(dǎo)致金納米粒子融合，產(chǎn)生強NIR-II吸收。這一新型材料或許能夠為準確非侵入性診療打開新的大門。 美國PhotoSound 小動物3D光聲/熒光成像系統(tǒng) (PAFT) 美國PhotoSound小動物全身3D光聲/熒光成像系統(tǒng)(PAFT)為小動物活體成像和表征提供了完整的解決方案。該系統(tǒng)集成了三種互補的三維成像模式：光聲成像(PAT)、熒光成像(FMT)、生物發(fā)光成像(BLT)，可同時實現(xiàn)小動物的3D光聲、3D熒光和3D生物發(fā)光成像,該系統(tǒng)可為生物組織提供高分辨率、高對比的解剖學成像效果。 可實現(xiàn)近紅外一區(qū)和近紅外二區(qū)（670-2600 nm）小鼠全身3D光聲/熒光成像系統(tǒng)，采用OPO可調(diào)式激光器，提供670-2600 nm連續(xù)脈沖激光、完全3D光聲成像(具有100 um等向分辨率的完全三維成像，非切片疊加成像)、高通量 (256個電子通道)、靈敏度高(60 nM ICG )、桌面式設(shè)計，方便使用、成像速度快 (完成一次3D掃描需30秒)。 往期回顧● 美國PhotoSound小動物全身3D光聲/熒光成像系統(tǒng)● 小鼠解剖應(yīng)用筆記 —— 美國PhotoSound小動物全身3D光聲/熒光成像系統(tǒng)● 光聲成像應(yīng)用 | 探尋動脈粥樣硬化斑塊
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- 2022-10-28 10:18:55光聲應(yīng)用 | 腎小管間質(zhì)纖維化診斷
- 背景慢性腎病，以其高發(fā)生率和強大的潛伏性，已越來越成為一種常見的疾病。如果能夠及時地檢測到該疾病的發(fā)生進程，將大大改善后續(xù)的醫(yī)療成效。在眾多病理特征中，腎小管間質(zhì)纖維化（Tubulointerstitial fibrosis）作為眾多腎臟疾病發(fā)展進程中的常見中間體，是反映腎臟狀態(tài)的重要指標。目前，臨床方法仍然只能做到減緩病程，并不能阻止或者扭轉(zhuǎn)疾病對于組織的破壞。因此，醫(yī)療和科研工作人員將注意力放在了疾病的早期階段——如果能在該階段確定病變，則有更大的幾率阻止疾病惡化。研究思路在此背景下，Dingyuan等人嘗試對腎小管間質(zhì)纖維化進行實時檢測。傳統(tǒng)的方法使用的腎活組織切片（Kidney biopsy）容易導(dǎo)致大量出血，因而作者更偏向于非接觸式檢測。而在該領(lǐng)域，通常選用CT、核磁共振等方式，但這些方式輻射風險相對較大，因此作者選擇了光聲/熒光成像方式。而在顯影劑的選擇上，相對于無機材料，有機材料具有更好的生物降解能力、純度以及聚集誘導(dǎo)發(fā)光效應(yīng)（Aggregation-induced emission, AIE）——一種在溶液中分散時幾乎不發(fā)光，但在聚集狀態(tài)時發(fā)光大大增強的現(xiàn)象——因而被作者看中。同時，現(xiàn)有的大部分具有AIE的光聲顯影劑為疏水性材料，不利于均勻分散和體內(nèi)代謝，因此作者開發(fā)了一款水溶性AIE腎小管間質(zhì)纖維化檢測顯影劑。顯影劑設(shè)計及表征作者首先獲得的是AIE-4COOH分子——一個攜帶4個羧基的具有AIE效應(yīng)的分子。為了增加其水溶性，作者將4個羧基全部PEG化，成為AIE-4PEG550。AIE-4PEG550在DMSO/水體系中溶解良好，并能夠自組裝形成納米粒子（AIE-4PEG550 NPs，圖1）。表征結(jié)果顯示該粒子有以下兩個優(yōu)點：一、粒徑約26 nm，質(zhì)量約3.3 kDa，能夠有效通過腎臟的濾過作用（截留質(zhì)量通常為30-50 kDa）；二、光穩(wěn)定性好：在660 nm波長持續(xù)照射30 min后，僅有微小強度下降，而作為對照的顯影劑ICG則已完全猝滅。在645 nm處具有強吸收峰，而發(fā)射峰則在893 nm。圖1 AIE-4PEG550納米粒子設(shè)計思路圖2 AIE-4PEG550 NPs的左）吸收、發(fā)射圖譜；右）粒徑檢測（溶液均為水）體外和體內(nèi)實驗體外實驗著眼于該有機分子的生物兼容性。在0 – 100 μg/mL該分子溶液中孵育24 h后，HK-2細胞（Human kidney -2，人腎皮質(zhì)近曲小管上皮細胞）的存活率仍在95%以上（圖3）。圖3 在不同濃度AIE-4PEG550 NPs環(huán)境下孵育的HK-2細胞存活率在正常體內(nèi)實驗中，作者同時進行了熒光和光聲成像，相互驗證了該顯影劑主要聚集于腎臟而非肝臟（圖4），隨著時間流逝，腎臟中的含量逐漸降低，膀胱中的含量逐漸增加，表明該顯影劑可由腎臟代謝，并由尿液排出。測得的24 h清除效率為93.1 ± 1.7%（圖5）。圖4 在注射顯影劑后，腎臟的熒光（A）和光聲（B）、膀胱的熒光（C）和光聲（D）隨時間的成像效果變化。在腎臟中，4 min達到頂峰，而在膀胱中，60 min達到頂峰。E和F分別為相應(yīng)的數(shù)值變化柱狀圖圖5 腎臟清除效率隨注射后時間變化曲線（每只小鼠200 μg劑量，n = 3）而在腎病模型小鼠上，同樣的劑量表現(xiàn)出截然不同的結(jié)果：直到180 min之前，腎臟中的顯影劑含量一直在增加，說明腎臟代謝功能降低，本該代謝到膀胱的化合物積聚在腎臟中（圖6），這一現(xiàn)象也在相應(yīng)的熒光信號強度上有所驗證（圖7）。通過這種區(qū)別，能夠較為直觀地評估腎臟代謝功能。圖6 在注射顯影劑后，腎臟的熒光（A）和光聲（B、C）、膀胱的熒光（D）和光聲（E、F）隨時間的成像效果變化。圖7 腎病模型小鼠注射顯影劑后180 min的熒光信號強度變化（紅：腎臟；藍：膀胱）小結(jié)作者設(shè)計并開發(fā)了一種新型熒光/光聲顯影劑，其優(yōu)點主要有：一、體積小，可通過腎臟過濾；二、腎臟清除效率較高；三、得益于AIE效應(yīng)，成像效果優(yōu)異；四、良好的生物兼容性；五、優(yōu)良的光穩(wěn)定性。在文獻中，作者將其應(yīng)用于非侵入式地診斷腎小管間質(zhì)纖維化情況，祝愿在不久的將來，這項技術(shù)可以用于臨床，幫助醫(yī)生快速診斷腎臟功能，從而幫助患者更好地恢復(fù)。參考文獻[1] Yan, D., Li, T., Yang, Y., Niu, N., Wang, D., Ge, J., Wang, L., Zhang, R., Wang, D. and Tang, B.Z. (2022), A Water-soluble AIEgen for Noninvasive Diagnosis of Kidney Fibrosis via SWIR Fluorescence and Photoacoustic Imaging. Adv. Mater.. Accepted Author Manuscript 2206643. https://doi.org/10.1002/adma.202206643
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- 2025-02-01 15:10:15生物顯微鏡是不是光透
- 生物顯微鏡是不是光透 生物顯微鏡作為現(xiàn)代科學研究中必不可少的工具之一，對于觀察微觀生物體和組織結(jié)構(gòu)具有重要意義。許多人在使用生物顯微鏡時，會遇到一個問題——生物顯微鏡是否光透？本文將深入探討這個問題，從生物顯微鏡的工作原理、光學特性以及如何影響觀察結(jié)果的角度進行分析，幫助讀者理解生物顯微鏡是否具備“光透”特性，以及其在不同應(yīng)用中的作用和局限性。 一、生物顯微鏡的工作原理 生物顯微鏡是一種使用可見光和鏡頭來放大物體的工具。其核心原理是通過透過樣本的光線折射和聚焦，來觀察物體的細節(jié)。顯微鏡的光源（如白光或LED光源）通過載物臺下方照射樣本，經(jīng)過透鏡系統(tǒng)放大并通過目鏡呈現(xiàn)給觀察者。這一過程的關(guān)鍵在于光的透過性，也就是是否能有效地通過樣本并產(chǎn)生清晰的成像。 二、光透特性與樣本類型的關(guān)系 “光透”是指光線是否能夠穿透樣本并形成足夠的圖像質(zhì)量。在不同的生物顯微鏡中，這個特性與樣本的透明度和顯微鏡的光學系統(tǒng)密切相關(guān)。對于透明的樣本（如水生生物、薄切的組織樣本等），生物顯微鏡中的光源能夠有效穿透樣本，并通過光學系統(tǒng)放大圖像。對于不透明或較厚的樣本（如某些動物組織或細胞），光線可能無法完全穿透，導(dǎo)致圖像質(zhì)量下降。 三、顯微鏡光學系統(tǒng)的影響 生物顯微鏡的光學系統(tǒng)，尤其是鏡頭、物鏡以及光源的質(zhì)量，會直接影響光的透過性和成像效果。高質(zhì)量的物鏡和鏡片能有效地收集和聚焦透過樣本的光線，從而提高圖像的清晰度。低質(zhì)量的光學系統(tǒng)可能會導(dǎo)致光的散射或吸收，使得圖像失真或變得模糊。顯微鏡中不同的觀察模式（如明場顯微鏡、相差顯微鏡、熒光顯微鏡等）也會影響光的利用效率。 四、光透性對不同觀察模式的影響 在生物顯微鏡中，光透性會隨著使用的觀察模式而變化。例如，在明場顯微鏡中，光線直接穿透樣本并被樣本表面反射，這要求樣本具有較高的透明度。相反，在相差顯微鏡中，光并不直接穿透樣本，而是通過干涉原理增強樣本中的結(jié)構(gòu)差異，這使得即使是稍微不透明的樣本也能清晰呈現(xiàn)。對于熒光顯微鏡，光透性并不是的影響因素，熒光染料的選擇和樣本的處理方式也同樣重要。 五、總結(jié) 生物顯微鏡的光透特性依賴于多個因素，包括樣本的透明度、顯微鏡的光學系統(tǒng)、觀察模式的選擇等。在透明樣本中，生物顯微鏡能夠較好地實現(xiàn)光透效果，提供清晰的圖像，而在不透明或厚重樣本中，可能會遇到光透性不足的問題。在選擇顯微鏡時，考慮樣本類型和顯微鏡的光學性能是非常重要的。要確保觀察結(jié)果的精確性，必須根據(jù)不同的實驗需求，選擇合適的顯微鏡及觀察模式。
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- 2025-06-04 11:15:17光生物反應(yīng)器怎么使用
- 光生物反應(yīng)器是現(xiàn)代生物工程技術(shù)中重要的一項創(chuàng)新設(shè)備，廣泛應(yīng)用于各種生物反應(yīng)過程，尤其是在微生物培養(yǎng)、藻類生長及藥物合成等領(lǐng)域。它通過光照的方式促進生物體的生長與代謝，能夠提高生產(chǎn)效率并且優(yōu)化能源利用。本文將深入探討光生物反應(yīng)器的工作原理、應(yīng)用范圍以及如何正確使用這一設(shè)備，以幫助相關(guān)領(lǐng)域的研究人員和工程技術(shù)人員更好地理解和應(yīng)用光生物反應(yīng)器。 一、光生物反應(yīng)器的工作原理 光生物反應(yīng)器通過提供適宜的光源和環(huán)境條件，促進光合微生物或植物的生長與代謝。這些微生物通過光合作用，將光能轉(zhuǎn)化為化學能，進而支持其生長和繁殖。反應(yīng)器內(nèi)部通常會配置光源、溫控裝置、通氣系統(tǒng)以及攪拌系統(tǒng)，以確保反應(yīng)條件的穩(wěn)定性。光生物反應(yīng)器的設(shè)計通常具有高度的可調(diào)性，以適應(yīng)不同的生物過程需求。 二、光生物反應(yīng)器的主要類型 目前常見的光生物反應(yīng)器有幾種主要類型，包括管式反應(yīng)器、平板反應(yīng)器和旋轉(zhuǎn)生物反應(yīng)器等。每種類型的光生物反應(yīng)器都有其獨特的優(yōu)勢和適用范圍。例如，管式反應(yīng)器通常適用于大規(guī)模的藻類培養(yǎng)，具有較好的光照分布和較高的氣體交換效率；平板反應(yīng)器則常用于實驗室規(guī)模的小型培養(yǎng)，操作簡便，容易調(diào)整；而旋轉(zhuǎn)生物反應(yīng)器則能提供更均勻的培養(yǎng)環(huán)境，適用于需高效光照和通氣的細胞培養(yǎng)。 三、如何正確使用光生物反應(yīng)器 使用光生物反應(yīng)器時，首先需要選擇合適的微生物或植物種類，并確保培養(yǎng)條件滿足其生長需求。光源的選擇和布置非常關(guān)鍵，適宜的光強和光譜范圍能夠顯著提高光合作用效率。溫控系統(tǒng)也至關(guān)重要，需要根據(jù)培養(yǎng)物的生長要求，調(diào)節(jié)反應(yīng)器內(nèi)的溫度，以確保其在佳溫度范圍內(nèi)生長。 反應(yīng)器的攪拌和氣體交換系統(tǒng)也需要調(diào)整到合適的水平，以確保培養(yǎng)物得到足夠的氧氣供應(yīng)，避免因氧氣不足而影響生長和代謝。要定期檢查反應(yīng)器的工作狀態(tài)，及時清潔和更換光源，以保證系統(tǒng)長時間穩(wěn)定運行。 四、光生物反應(yīng)器的應(yīng)用領(lǐng)域 光生物反應(yīng)器的應(yīng)用領(lǐng)域廣泛，尤其在藻類培養(yǎng)和微生物工程中，已經(jīng)取得了顯著的成果。在藻類培養(yǎng)中，光生物反應(yīng)器能夠提供穩(wěn)定的光照和營養(yǎng)供給條件，促進藻類的生長并用于生物燃料生產(chǎn)、廢水處理等。光生物反應(yīng)器在生物制藥、食品工業(yè)和農(nóng)業(yè)中也有著重要的應(yīng)用，能夠高效地產(chǎn)生各種生物產(chǎn)品。 五、光生物反應(yīng)器的優(yōu)勢和挑戰(zhàn) 光生物反應(yīng)器具有許多優(yōu)勢，其中為顯著的是能夠在環(huán)保、節(jié)能的前提下，利用太陽能或人工光源促進生物反應(yīng)。這使得它在綠色能源和可持續(xù)發(fā)展方面展現(xiàn)了巨大的潛力。盡管其在實驗室和工業(yè)應(yīng)用中表現(xiàn)出色，仍然面臨一些挑戰(zhàn)，如高效的光源利用、反應(yīng)器的設(shè)計優(yōu)化以及大規(guī)模生產(chǎn)中的穩(wěn)定性等問題，這需要未來的研究和技術(shù)進步來解決。 結(jié)論 光生物反應(yīng)器作為一種先進的生物反應(yīng)設(shè)備，在生物工程領(lǐng)域中發(fā)揮著越來越重要的作用。通過合理選擇光源、溫度、氣體供應(yīng)等條件，能夠極大地提高生物反應(yīng)效率，推動相關(guān)技術(shù)的發(fā)展。隨著科技的進步，光生物反應(yīng)器在更多領(lǐng)域的應(yīng)用前景值得期待，尤其是在綠色能源和可持續(xù)發(fā)展方面的貢獻。
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