稀土掺杂上转换(upconversion, UC)发光材料是一种把两个或多个长波长、 低能量的近红外光子转换成一个短波长、 高能量的可见或紫外光子的发光材料。 由于其锐线发射、 长寿命和无背底荧光等特性, 在生物成像、 检测与治疗、 太阳能电池、 药物输送和光催化等诸多领域具有极大的应用价值。 目前, NaYF4∶Yb3+/Er3+微/纳晶体是公认的最重要的上转换发光材料之一, 其相关的上转换发光机理、 制备方法、 光谱调制以及实际应用方面均已被科学家们进行了大量的研究。 然而, 荧光效率低这一严重问题一直制约着上转换发光材料实际应用的进程。 另外, 关于单颗粒上转换NaYF4∶Yb3+/Er3+微/纳晶体中荧光的产生、 输运和耦合特性还不清楚。 一维微/纳材料作为一种二维受限体系, 为研究电子和光子的输运特性提供了一个理想模型。 通过柠檬酸钠辅助的水热法合成了长径比可控的一维NaYF4∶Yb3+/Er3+微米棒和一维NaYF4∶Yb3+/Er3+@NaYF4∶Yb3+/Tm3+核-壳棒结构。 采用激光共聚焦激发系统, 在单颗粒一维NaYF4∶Yb3+/Er3+微米棒中, 通过控制棒的长径比、 激发方式和制备特殊的核-壳结构等方式, 研究了荧光的产生和同步荧光图案, 揭示了在一维棒结构中荧光光线的输运模式为: 垂直于棒轴方向的荧光沿棒横截面的戒指形谐振腔趋肤传播和近似沿棒轴方向的荧光在棒介质中反复全反射以波导方式输运至棒端后靶向输出; 在NaYF4∶Yb3+/Er3+@NaYF4∶Yb3+/Tm3+核-壳一维棒结构中, 在单一波长激发下, 获得了源自单颗粒的Tm3+的蓝色和Er3+绿色特征发射。 采用点激发方式激发一维核-壳微米棒样品一端时, 呈强烈蓝色荧光空间不对称的哑铃状分布, 且中间出现了微弱绿色荧光, 构筑出单颗粒单一波长激发下的局域色彩调制发射, 并为微量稀土发光中心局域掺杂的检测提供了一种途径。 在波导激发和点激发方式下, 在对单颗粒一维NaYF4∶Yb3+/Er3+和NaYF4∶Yb3+/Er3+@NaYF4∶Yb3+/Tm3+核-壳微米棒的荧光产生和输运的调制中, 实现了对离子荧光发射颜色的控制, 并揭示了荧光在一维棒中传输耦合过程中, 沿棒长模式荧光比沿径向模式荧光更容易传输耦合。 该研究的一维棒荧光的输运和耦合特性, 暗示了其在光子耦合器件、 上转换波导激光以及荧光成像方面的潜在应用。

双光子荧光寿命成像技术在对生物组织进行高分辨三维成像的同时能获得生物组织的生化特性信息，实现结构和功能的精细定量表征，为生物组织的非侵入、无标记、活体成像提供了一种强有力的工具。该技术在肿瘤检测方面具有广阔的临床应用前景，已成为当前生物医学领域研究的热点之一。首先简要介绍了双光子荧光寿命的概念和常用检测方法；其次，结合课题组开展的胃癌和神经胶质瘤诊断等相关研究成果，详细介绍了双光子荧光寿命成像技术在消化道肿瘤、脑肿瘤及皮肤癌等肿瘤检测方面的最新研究进展；最后展望了该技术在未来临床应用中的潜在优势和可能面临的挑战。

多光谱活体荧光成像技术正逐渐成为生物医学研究的关键技术，但是荧光物质光谱之间的串扰和自发荧光现象严重影响了荧光影像的解译。混合光谱分解对于去除活体多光谱荧光影像自发荧光效应和进行多种荧光信号分离是非常有效的技术，但是光谱分解的前提是获得了各种荧光物质的光谱。基于多元曲线解析交替最小二乘法（MCR-ALS）计算框架，提出包括非负、等式、闭合性、单峰、波段范围及归一化的多约束条件的荧光纯光谱估计方法，利用估计的纯光谱和线性混合光谱模型得到不同荧光信号的分离，去除自发荧光背景对起标记目的的荧光物质信号的干扰。Dirichle分布随机混合构造的不同信噪比和纯净水平的荧光蛋白混合光谱数据分析结果反映出在混合问题严重、有噪声影响的情况下，该算法要比传统端元光谱分析方法的精度高10倍以上。活体鼠多光谱量子荧光影像的实验也证明了该算法在信号分离上的有效性。

We present a sparse Bayesian reconstruction method based on multiple types of a priori information for multispectral bioluminescence tomography (BLT). In the Bayesian approach, five kinds of a priori information are incorporated, reducing the ill-posedness of BLT. Specifically, source sparsity characteristic is considered to promote reconstruction results. Considering the computational burden in the multispectral case, a series of strategies is adopted to improve computational efficiency, such as optimal permissible source region strategy and node model of the finite element method. The performance of the proposed algorithm is validated by a heterogeneous three-dimensional (3D) micron scale computed tomography atlas and a mouse-shaped phantom. Reconstructed results demonstrate the feasibility and effectiveness of the proposed algorithm.

To avoid the ill-posedness in the inverse problem of bioluminescence tomography, a moment searching algorithm fusing the finite element method (FEM) with the moment concept in theoretical mechanics is developed. In the algorithm, the source's information is mapped to the surface photon flux density by FEM, and the source's position is modified with the feedback through the algorithm of barycenter searching, which makes full use of the position information of the photon flux density on surface. The position is modified in every iterative step and will finally converge to the real source's value theoretically.

传统的自体荧光检测技术均是对大量细胞或组织进行检测,而近场光学显微技术由于具有较高分辨率和能够同时获取样品的外部形貌和光学信息等特点,有望成为一种研究单个细胞自体发光机理、疾病诊断和检测单个细胞自体荧光光谱的新技术.本文通过应用近场光学显微镜观察不同形状红细胞的外部形貌和光学信息,来初步探讨近场光学显微技术在这方面的应用前景.

本试验用激光共聚焦扫描显微镜对三株不同真菌的菌丝、分生孢子以及子实体的自发荧光现象进行了观察.结果发现:处于相同培养条件的三株真菌的荧光分布特点不一,并且同一真菌在不同培养基条件下所表现的荧光现象亦有差异,说明真菌的自发荧光具有种属特导性并受到培养基质等因素的影响;而培养时间对荧光强度及类别的影响不显著.化学试剂的处理试验表明,弱碱性物质对真菌的荧光具有减弱效应,而强碱性物质对真菌的荧光则表现为增强,提示不同真菌细胞内的自发荧光物质结构上和组?稚系牟钜?其变化可导致荧光性质的改变.