生物组织中单双光子荧光成像的仿真研究
目前双光子荧光探针在生物医学成像和治疗领域发挥着极其重要的作用，研究和使用这类探针，分析这类探针生物组织中激发分布特征，发现相较于单光子探针的优劣势，以确立对探针的选择的科学依据。但是实验经常受到各种因素的影响，因此不能准确得到科学依据。为了避开实物仿真的各种影响，本课题选取典型生物和荧光激发参数，利用TracePro仿真软件模拟生物组织，对比单光子与双光子的荧光成像，得到了单双光子荧光的基本激发特征。增加光照半径可以减小横向激发的不均匀性，必须要在生物组织有足够的承受能力情况下，使双光子荧光成像的效果更佳。本研究课题结果为双光子荧光激发，医用光学和荧光成像的应用提供了基本的数据支持，TracePro仿真方法也可以为迅速的研究生物组织和单双光子的相互之间作用带来指导意义。关键词: 医用光学，荧光探针，仿真成像，双光子
目 录
1 引言 1
1.1 研究的现状 1
1.2 医用光学 1
1.3 荧光探针 2
1.4 仿真成像 2
1.5 双光子 3
1.6 TracePro的应用 4
1.7 乳房仿体 5
1.8 研究的意义 6
2 模型设定和仿真方法 6
2.1 建立组织荧光成像几何模型 6
2.2 设定光学材质 6
2.3 定义光源参数 7
3 实验与讨论 7
结论 12
致 谢 13
参 考 文 献 14
引言
研究的现状
经过多年的研究发展,人们最常用的荧光激发方式是单光子荧光探针,并且在很多领域发挥着极其重要的角色。在许多光照射的现象中包括量子点、荧光染料等，荧光探针发挥重要作用，这种荧光量子效率可以到达80%或者更高。在单光子激发过程中，经常有来自各方面的干扰，荧光成像应用在多方面，尤其在组织成像中荧光探针的应用比较明显，再组织中的自荧光的应用价值应为一些因素受到打的影响。两种光子的荧光通常在靠近红外光的激发下得到采用，荧光波长比激发波长短，例属于反斯托克斯发光，从而组织自荧光干扰极低，具有很高的讯噪比，所以在成像和检测方1931年，MariaGoeppertMay *好棒文|www.hbsrm.com +Q: #351916072#
er从理论上讨论了多光子吸收的存在性，这是人类历史上第一次提出此类理论，然而一直处于理论基础上，具有光学功能的薄膜被广泛应用于科研、环境科学等方面，对未来科技发展有着很大帮助。用于医用窄带消融术 TES，基于FabryPolo标准带通滤波器的基本结构，以TFCalc膜设计软件作为辅助，创新了一种细小的过滤波段的机器。离子束溅射技术成功地制备了一种满足要求的窄带滤波器。用于高反射膜设计了高反射膜系统，并利用tfcalc薄膜设计软件，满足应用要求。反光胶片系统利用离子束辅助电子枪热蒸发涂层技术，不同模具值对涂层的影响，研究了几种有较大光反射率材料对高反射膜光学性能的影响，制备了符合设计要求的高反射膜。随着科学进步，通过转换得到的纳米材料等两种光子荧光材料的问世，它的发光效益比出现了巨大的提高，并向我们展示了其在应用领域的广阔前景。当前双光子荧光材料已发展出分子型和纳米晶体型等多种类型。
医用光学
医用光学主要用于医用内窥镜已经应用到现实中的已经有二十多种 , 医用激光器的生产已初步形成具有CO激光治疗机的产品。我国新型的眼前部、眼压、眼底、视野等眼科光学检查仪也已开发成功，测量准确已经投入批量生产。并因为其使用方便，其中一小部分例如裂隙灯显微镜采用了国际标准,已经有小批量出口。荧光显微镜已成为研究体内和体外生物系统结构和动力学的首选工具。近几十年来，我们目睹了前所未有的改变。分子和细胞成像技术的进步，在很大程度上是通过发现可用于成像细胞结构的荧光分子和细胞器的动力学而在很大程度上推动的。LLES是单一的蛋白质。荧光检测对这些分子的敏感性(例如，各种水生无脊椎动物的荧光蛋白，如水母，合成的)。 荧光染料和量子点是细微的。化学家和分子生物学家也对荧光蛋白进行了修饰，使单个蛋白质可以被用来监测量子点的变化。
荧光显微镜技术的迅速发展为研究生物过程带来了新的创新方法。例如，共焦显微镜使科学家们能够看到这些气流。荧光寿命成像显微镜和福斯特共振能量转移提高了荧光分子的空间分辨率，使它们得以研究蛋白质与蛋白质的相互作用和荧光。光漂白后的光复使研究蛋白质周转和搬运成为可能。此外，光学显微镜的衍射分辨率极限是RCE。 打破了新的方法，如受激发射耗尽，使我们进入了一个新的时代，超分辨率显微镜。除了荧光蛋白的发现， 在过去25年里，生物成像最重要的进展是在1990年发明了双光子激发显微镜。从那时起，2PE在体内成像中得到了广泛的应用。神经元的结构，由于其优越的深度穿透和减少光漂白与共焦或表观荧光显微镜。双光子激发显微镜是一种激光扫描显微镜，它提供无创的、深度的图像。活动的生物体成像是研究生物组织的重要途径。
荧光探针
荧光分子探针能通过感知外界将识别分子的信号转换成荧光信号，它具有测量分子灵敏度高、实现开闭步骤、亚纳米级亚纳米级分辨率和亚纳米级分辨率、荧光成像技术、光纤长距离检测等优点。荧光强度响应信号没有荧光信号的比值,不仅提高了灵敏度,而且在实际应用中引入了自动校准功能。可用于定量检测,为实验数据提供可靠的依据。比值检测意味着两种荧光发射强度或吸收强度的比值随衬底浓度的变化而变化。在实际测试中会消除一定的阴影。比率检测的显著优点是随着强度比的变化而增大动态响应的范围,这是一个范围,并且建立了内部标记,从而大大削弱了其它因素的影响。它最常用于荧光免疫荧光标记抗原或抗体,也可用于小环境中,如检测表面活性剂胶束、双分子膜和蛋白质活性位点的微观性质。
通常要求荧光探针具有大的摩尔吸收率，高的荧光量子产率，长波中的荧光发射波长和大的斯托克斯位移。 荧光探针用于免疫测定，与抗原或抗体的结合不应影响其活性。 用于标记等待决定的核苷酸片段，也可用于检测核酸的量，或可在特定情况下测量。化学荧光探针在紫外光、可见光、近红外区域具有特征性荧光,其荧光特性如激发波长和发射波长、强度、寿命、偏振等,可以遵循周围环境的性质。荧光分子对极性、折射率、粘度等的变化敏感,如有机试剂或金属螯合物。在荧光免疫分析中,这种荧光分子通常标记抗原或抗体。也可以在微环境中使用，比如表面具有活性的胶束、包含两种分子的膜、蛋白质活泼的点位等处微观特舒性质的探测。在免疫学分析中,荧光发射波长较长,位移较大，切合实际，与抗原或者抗体的融合不会影响它们的活泼性质。荧光光谱数据通常被表示为发射光谱。不同化合物光谱的“平滑性”取决于地面的单个振动能级。具有振动结构的人在发射光谱上有突出的肩膀，而没有振动结构的人则表现出光滑的高斯曲线。两个一般特征荧光发射的抽象派是Stokes位移，在激发和发射之间观察到能量的损失。
目 录
1 引言 1
1.1 研究的现状 1
1.2 医用光学 1
1.3 荧光探针 2
1.4 仿真成像 2
1.5 双光子 3
1.6 TracePro的应用 4
1.7 乳房仿体 5
1.8 研究的意义 6
2 模型设定和仿真方法 6
2.1 建立组织荧光成像几何模型 6
2.2 设定光学材质 6
2.3 定义光源参数 7
3 实验与讨论 7
结论 12
致 谢 13
参 考 文 献 14
引言
研究的现状
经过多年的研究发展,人们最常用的荧光激发方式是单光子荧光探针,并且在很多领域发挥着极其重要的角色。在许多光照射的现象中包括量子点、荧光染料等，荧光探针发挥重要作用，这种荧光量子效率可以到达80%或者更高。在单光子激发过程中，经常有来自各方面的干扰，荧光成像应用在多方面，尤其在组织成像中荧光探针的应用比较明显，再组织中的自荧光的应用价值应为一些因素受到打的影响。两种光子的荧光通常在靠近红外光的激发下得到采用，荧光波长比激发波长短，例属于反斯托克斯发光，从而组织自荧光干扰极低，具有很高的讯噪比，所以在成像和检测方1931年，MariaGoeppertMay *好棒文|www.hbsrm.com +Q: #351916072#
er从理论上讨论了多光子吸收的存在性，这是人类历史上第一次提出此类理论，然而一直处于理论基础上，具有光学功能的薄膜被广泛应用于科研、环境科学等方面，对未来科技发展有着很大帮助。用于医用窄带消融术 TES，基于FabryPolo标准带通滤波器的基本结构，以TFCalc膜设计软件作为辅助，创新了一种细小的过滤波段的机器。离子束溅射技术成功地制备了一种满足要求的窄带滤波器。用于高反射膜设计了高反射膜系统，并利用tfcalc薄膜设计软件，满足应用要求。反光胶片系统利用离子束辅助电子枪热蒸发涂层技术，不同模具值对涂层的影响，研究了几种有较大光反射率材料对高反射膜光学性能的影响，制备了符合设计要求的高反射膜。随着科学进步，通过转换得到的纳米材料等两种光子荧光材料的问世，它的发光效益比出现了巨大的提高，并向我们展示了其在应用领域的广阔前景。当前双光子荧光材料已发展出分子型和纳米晶体型等多种类型。
医用光学
医用光学主要用于医用内窥镜已经应用到现实中的已经有二十多种 , 医用激光器的生产已初步形成具有CO激光治疗机的产品。我国新型的眼前部、眼压、眼底、视野等眼科光学检查仪也已开发成功，测量准确已经投入批量生产。并因为其使用方便，其中一小部分例如裂隙灯显微镜采用了国际标准,已经有小批量出口。荧光显微镜已成为研究体内和体外生物系统结构和动力学的首选工具。近几十年来，我们目睹了前所未有的改变。分子和细胞成像技术的进步，在很大程度上是通过发现可用于成像细胞结构的荧光分子和细胞器的动力学而在很大程度上推动的。LLES是单一的蛋白质。荧光检测对这些分子的敏感性(例如，各种水生无脊椎动物的荧光蛋白，如水母，合成的)。 荧光染料和量子点是细微的。化学家和分子生物学家也对荧光蛋白进行了修饰，使单个蛋白质可以被用来监测量子点的变化。
荧光显微镜技术的迅速发展为研究生物过程带来了新的创新方法。例如，共焦显微镜使科学家们能够看到这些气流。荧光寿命成像显微镜和福斯特共振能量转移提高了荧光分子的空间分辨率，使它们得以研究蛋白质与蛋白质的相互作用和荧光。光漂白后的光复使研究蛋白质周转和搬运成为可能。此外，光学显微镜的衍射分辨率极限是RCE。 打破了新的方法，如受激发射耗尽，使我们进入了一个新的时代，超分辨率显微镜。除了荧光蛋白的发现， 在过去25年里，生物成像最重要的进展是在1990年发明了双光子激发显微镜。从那时起，2PE在体内成像中得到了广泛的应用。神经元的结构，由于其优越的深度穿透和减少光漂白与共焦或表观荧光显微镜。双光子激发显微镜是一种激光扫描显微镜，它提供无创的、深度的图像。活动的生物体成像是研究生物组织的重要途径。
荧光探针
荧光分子探针能通过感知外界将识别分子的信号转换成荧光信号，它具有测量分子灵敏度高、实现开闭步骤、亚纳米级亚纳米级分辨率和亚纳米级分辨率、荧光成像技术、光纤长距离检测等优点。荧光强度响应信号没有荧光信号的比值,不仅提高了灵敏度,而且在实际应用中引入了自动校准功能。可用于定量检测,为实验数据提供可靠的依据。比值检测意味着两种荧光发射强度或吸收强度的比值随衬底浓度的变化而变化。在实际测试中会消除一定的阴影。比率检测的显著优点是随着强度比的变化而增大动态响应的范围,这是一个范围,并且建立了内部标记,从而大大削弱了其它因素的影响。它最常用于荧光免疫荧光标记抗原或抗体,也可用于小环境中,如检测表面活性剂胶束、双分子膜和蛋白质活性位点的微观性质。
通常要求荧光探针具有大的摩尔吸收率，高的荧光量子产率，长波中的荧光发射波长和大的斯托克斯位移。 荧光探针用于免疫测定，与抗原或抗体的结合不应影响其活性。 用于标记等待决定的核苷酸片段，也可用于检测核酸的量，或可在特定情况下测量。化学荧光探针在紫外光、可见光、近红外区域具有特征性荧光,其荧光特性如激发波长和发射波长、强度、寿命、偏振等,可以遵循周围环境的性质。荧光分子对极性、折射率、粘度等的变化敏感,如有机试剂或金属螯合物。在荧光免疫分析中,这种荧光分子通常标记抗原或抗体。也可以在微环境中使用，比如表面具有活性的胶束、包含两种分子的膜、蛋白质活泼的点位等处微观特舒性质的探测。在免疫学分析中,荧光发射波长较长,位移较大，切合实际，与抗原或者抗体的融合不会影响它们的活泼性质。荧光光谱数据通常被表示为发射光谱。不同化合物光谱的“平滑性”取决于地面的单个振动能级。具有振动结构的人在发射光谱上有突出的肩膀，而没有振动结构的人则表现出光滑的高斯曲线。两个一般特征荧光发射的抽象派是Stokes位移，在激发和发射之间观察到能量的损失。
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