基于动态扩散荧光层析成像(DFT)的荧光剂药代动力学参数(渗透率等),可为判断不同生物组织体的生理过程和病理信息提供参考。自适应扩展卡尔曼滤波(AEKF)作为一种动态分析方法,具有精确的建模和多参数在线估计等优势。基于DFT系统对吲哚菁绿(ICG)在健康小鼠肝脏和荷瘤小鼠皮下移植瘤组织中的代谢过程进行了测量,然后采用DFT重建技术获得了ICG的时间序列荧光层析图像,在此基础上结合二室模型和AEKF方法得到了ICG的时间序列渗透率参数层析图像。对比两种实验结果可知,肿瘤中ICG的渗透率参数Kpe、Kep均较健康小鼠肝脏中的小。时间序列荧光层析图像显示,AEKF方法能有效获得复杂生物体实时、稳定的ICG药代动力学参数。

为捕捉生物组织体内快速变化的荧光信号, 并借鉴扩散荧光层析在穿透深度、高灵敏度等方面的优势, 设计了一套具备快速实时采样能力的动态扩散荧光层析成像在体测量系统.该系统采用多光源-探测器布配方案, 结合光电倍增管探测器与锁相光子计数检测技术, 具有高空间采样密度、高探测灵敏度、大动态测量范围以及高性价比等优势.有效性评估实验表明: 该系统具备良好的稳定性和很强的环境光抑制能力, 频率串扰率低于1.39%.仿体成像实验表明: 该系统能够有效地对单个和多个目标体成像.活体健康小鼠吲哚菁绿肝代谢实验进一步表明: 该系统可有效捕捉小鼠体内快速变化的荧光信号, 能够用于荧光剂药代动力学研究.

为了实现对生物分子间相互作用过程的实时、灵敏、快速监测, 获得生物分子的有无、浓度与相互作用的动力学参数信息, 本文设计了基于光纤生物传感器的生物亲和性检测方法。首先, 针对光干涉生物亲和性传感检测系统的光学传输系统“Y”型分叉光纤与光纤探针之间的耦合问题, 提出了自聚焦透镜与石英光纤耦合结构, 该耦合结构偏心公差能够达到002 mm, 倾斜公差能够达到01°; 针对干涉光谱信号的高频噪声问题, 采用一种改进的经验模态分解干涉光谱信号处理方法, 有效避免了干涉光谱曲线滤波处理后极值点位置的偏移; 同时采用局部拟合极值点计算生物分子膜层厚度的方法, 将生物分子膜层厚度的分辨率提高到50 pm。利用所搭建的光干涉生物亲和性检测系统, 建立了HER3-IgG1抗体药物利用金纳米粒子进行信号放大, 实现对其浓度进行定量检测的新方法, 检测过程中无需清洗, 不产生交叉污染。实验结果表明: 系统检测限能达到0082 6 μg/mL, 该系统具有检测时间短, 测量准确、精度高、成本低廉等特点, 能够应用于药代动力学研究中。

为实现小动物吲哚菁绿(ICG)药代动力学成像, 设计了一套高灵敏度扩散荧光层析成像系统。该系统采用了基于离散光纤耦合光子计数采集的仿计算机断层成像扫描方式, 在保障高灵敏度和大动态范围测量的前提下, 可有效提高系统的空间采样分辨率; 同时采用了基于光开关切换四通道串-并混和的测量模式, 兼顾了测量时间分辨率和系统性价比之间的平衡。为验证实验系统的有效性, 设计了可模拟小动物体内ICG代谢规律的动态仿体, 并结合实验室开发的荧光剂药代动力学直接重建算法, 实现了ICG代谢速率的重建。实验结果表明, 该系统具有较高的空间分辨率、灵敏度和量化性。

研究了二氢卟吩e6-C15单甲酯在不同溶剂体系中的荧光光谱特性, 据此建立了检测血浆中二氢卟吩e6-C15单甲酯的荧光分析法。 首先, 通过比较分析二氢卟吩e6-C15单甲酯在甲醇、 乙醇、 丙酮、 乙腈、 磷酸盐缓冲液和水六种不同溶剂体系中的荧光光谱特征, 考察了溶剂体系对二氢卟吩e6-C15单甲酯荧光光谱特性的影响, 结果发现甲醇和乙腈是比较理想的溶剂体系, 而磷酸盐缓冲液优于水溶液。 通过进一步考察有机溶剂含量和溶液pH对二氢卟吩e6-C15单甲酯发射波长和荧光强度的影响, 结果表明pH 7.2 磷酸盐缓冲液-乙腈(3∶7)混合溶液中二氢卟吩e6-C15单甲酯荧光强度大、 性质稳定。 采用pH 7.2 磷酸盐缓冲液-乙腈(3∶7)混合溶液沉淀SD大鼠血浆蛋白, 选择498.00和664.05 nm作为激发波长和发射波长, 建立的SD大鼠血浆样品中二氢卟吩e6-C15单甲酯荧光分析法专属性好, 灵敏度高, 线性范围为0.50～50.00 μg·mL-1(R2≥ 0.999), 批内和批间精密度RSD均小于10%, 提取回收率大于90%。 该方法简便、 快速、 可靠, 成功地应用于二氢卟吩e6-C15单甲酯在SD大鼠体内的药代动力学研究。

Most techniques for measuring tissue concentrations of drugs are invasive, time-consuming, and often require the removal of tissue or body fluids. Optical pharmacokinetics (OP) is a minimally invasive alternative giving an immediate result. Pulses of white light are directed at the tissue of interest using a fiber optic probe. Scattered light is detected by a second fiber immediately adjacent to the first in the same probe (separation 1.7 mm). Using the photosensitizer disulfonated aluminium phthalocyanine (AlS₂Pc), OP measurements were made in phantoms and on the mouth, stomach, colon, skin, and liver of normal rats 1 and 24 h after intravenous AlS₂Pc administration. AlS₂Pc concentration was determined by calculating the area under the curve (AUC) in the spectral region around the peak drug absorption or measuring the height of the peak. Spectral baseline interpolation removed the need for pre-drug, control optical measurements. OP measurements correlated well with values from alkali chemical extraction (CE) of the corresponding tissues, (R² 0.87-0.97). OP measurements in the mouth also correlated with CE of less accessible internal organs (R² 0.77-0.88). In phantoms, the lowest detectable concentration was 0.1 μg/g. In vivo, results were limited by the lower accuracy in the CE measurements but were almost certainly comparable. An incidental finding was a 12-15nm red shifted component in the spectra observed 1 h after drug administration, suggesting partitioning of the drug in different microenvironment compartments, which could prove to be of considerable interest in future studies. In conclusion, OP shows promise for real-time measurement of concentrations of drugs with suitable absorption peaks.

目的:通过建立光动力治疗鲜红斑痣中激光、光敏剂、氧的分布及其相互作用关系的数学模型,对表皮、真皮、血管中单线态氧的产生过程进行仿真,了解光敏剂的药代动力学和扩散特性对单线态氧产生的影响,进而了解光敏剂特性在光动力治疗鲜红斑痣中的作用和意义.方法:用MonteCarlo方法描述光在组织中的分布;用药代动力学描述光敏剂在血管中的变化规律;用Fick定律描述光敏剂和氧在组织中的扩散和分布;用与氧含量有关的二级动力学描述光敏剂的漂白;用Lambert-Beer定律和单线态氧的量子产率来计算各层组织中单线态氧的产生.结果:光敏剂药代动力学的变化,使注射光敏剂后开始照光的时间对各层组织中单线态氧产量有明显的影响.光敏剂扩散特性的改变,对真皮和表皮中单线态氧的产生有较大影响,对血管中单线态氧的产生没有影响.结论:光敏剂的特性对光动力治疗鲜红斑痣有明显的影响,数学仿真能较全面地反应这种作用的特点和意义.