中国医学科学院生物医学工程研究所激光医学实验室，天津 300192
细菌是人类最常见的致病源之一，不仅严重危害人类健康和公共卫生安全，还带来了巨额的医疗支出。快速而准确的细菌检测对细菌感染的治疗具有重要的意义。光谱检测方法不但可以快速实时地获得细菌的分类、含量以及功能状态等信息，而且具有操作简单、非侵入性的优势，在细菌检测领域具有巨大的潜力。本文介绍了拉曼光谱、太赫兹光谱、可见光和近红外光光谱、荧光光谱在细菌检测方面的研究与应用，并对可见光和近红外光光谱的分子机制——光靶点，包括含有视网膜发色团的细菌视紫红质（ CBCRs）、带有四吡咯发色团的拟菌植物色素、带有对香豆酸发色团的光活性黄蛋白（ PYP）、带有黄素单核苷酸（ FMN）的光氧压力（ LOV）结构域、带有黄素腺嘌呤二核苷酸（ FAD）发色团的隐色剂和含有 FAD的蓝光感应域等进行了阐述。最后，针对现有细菌光谱检测技术的优缺点提出了细菌检测技术的优化策略，希望对细菌的光谱检测研究提供帮助。
细菌感染 光谱检测 拉曼光谱 可见光和近红外光谱 光靶点 bacterial infection spectral detection Raman spectroscopy visible light and near-infrared spectroscopy optical target
1 海南省生物医学工程重点实验室, 海南大学 生物医学工程学院, 海南 海口 570100
2 海南大学 计算机科学与技术学院, 海南 海口 570100
数字病理凭借其便捷的存储、管理、浏览、传输等特点，为远程病理会诊及联合会诊带来了新契机。然而，显微镜的视场有限，在保证分辨率的前提下，无法兼顾全景成像。全景数字病理的提出弥补了这一缺陷，其在保证分辨率的同时可兼顾全景成像。但单张切片仅能实现单靶点检测，而疾病诊断需同时观测多个靶点的表达情况。近年来，多靶点全景数字病理技术发展迅速，因其在药物研发、临床科研以及基础科研等领域有巨大的应用潜力而广受关注。该系统凭借视场大、颜色多、通量高的特点，可在短时间内原位检测整张组织切片上的多种生物标记物的表达情况，借以识别组织上每个细胞表型、丰度、状态及其相互关系。本文首先梳理了数字病理、全景数字病理以及多靶点全景数字病理的发展过程，并简要介绍发展过程中技术的更新迭代，以及发展多靶点全景数字病理的重要性。然后，分别从生物样本准备、多色光学成像以及图像处理3个部分重点介绍多靶点全景数字病理。接下来，阐述了多靶点全景数字病理在肿瘤微环境与肿瘤分子分型等生物医学领域的应用情况。最后，对多靶点全景数字病理的技术优势、目前面临的挑战及其未来的发展趋势进行了总结。
多靶点全景数字病理 生物标记物 多色成像 图像处理 multi-target panoramic digital pathology biomarkers multi-color imaging image processing
西安理工大学机械与精密仪器工程学院，陕西 西安 710048
普通靶标用于相机标定时需要保证其在各角度成像的完整，靶标占相机视场比例较小，相机标定精度低，且变焦测量中相机视场改变，标定精度进一步降低。理论分析了单应矩阵的特点，发现从各角度拍摄的靶标图片中靶点不完全相同，这不影响单应矩阵的计算和相机标定。结合仿真分析，设计了一种定向分层靶标，第一层设计定向标志点，靶点向外层逐渐增大，针对不同的视场采用不同范围的层，靶点在视场中所占比例一直较大，确保相机标定精度。提出基于共线原理和射影变换结合的靶点匹配方法，只要靶标的定向特征点出现在图片中，即能实现靶点识别与匹配，进而提高靶标使用的灵活性和相机标定效率。实验结果表明，定向分层靶标的靶点识别与匹配方法准确有效，不受靶标部分靶点缺失的影响；使用该靶标可以提高相机标定精度，且标定精度不受相机视场改变的影响。
测量 相机视场 单应矩阵 定向分层靶标 共线原理 靶点匹配 光学学报
2022, 42(16): 1612004
1 湖南师范大学 医学院, 长沙 410013
2 长沙市第九医院检验科, 长沙 410004
3 湖南师范大学 生命科学学院, 长沙 410081
心脏神经脊衍生物表达转录因子2(Hand2)是bHLH家族的成员, 也称为dHand、Hed和Thing2, 可在人以及鼠、鸡、斑马鱼、果蝇等模式动物中表达。国内外的研究显示, Hand2主要影响右心室的发育, 在维持右心室祖细胞和右心室形态发生中起关键作用。为了进一步研究Hand2基因参与心脏发育的作用机制, 拟通过CRISPR/Cas9基因编辑技术构建斑马鱼Hand2基因敲除品系。根据生物信息学网站的分析筛选出最优的两个靶位点, 设计并合成引物, 利用PCR扩增得到Hand2基因sgRNA的cDNA, 再转录为mRNA, 将两个靶位点sgRNA的mRNA和Cas9蛋白共同注射到斑马鱼胚胎的Ⅰ-细胞期。在斑马鱼的胚胎和成鱼时期进行基因敲除的有效性检测, 发现在靶位点附近有碱基的缺失和插入, 表明CRISPR/Cas9对斑马鱼Hand2基因敲除是有效的。本研究利用CRISPR/Cas9基因编辑技术构建了斑马鱼的Hand2基因敲除模型, 为后期研究Hand2基因在人类疾病中的作用机制和新型治疗靶点的临床开发等奠定了基础。
斑马鱼 Hand2基因 基因敲除 治疗靶点 zebrafish Hand2 gene CRISPR/Cas9 CRISPR/Cas9 gene-knockout therapeutic targets
1 天津大学精密测试技术及仪器国家重点实验室, 天津 300072
2 中船黄埔文冲船舶有限公司, 广东 广州 510715
3 大连船舶重工集团有限公司, 辽宁 大连 116000
由于旋转激光扫描测量系统采用的是有源式收发分体的仪器架构,因此其易受到工业现场复杂测量条件的制约。针对系统现场适应性受限的问题,提出了一种基于旋转激光扫描的单站式无源多靶点定位方法。在所提方法中,将多个角锥棱镜作为无源待测靶点。通过构建非球面反射接收模型实现了信号发射端与接收端的结合,并分析比较了该测量模式下的信号延时。此外,建立了多靶点光信号匹配机制以实现无源多靶点交会定位。最后,在工作空间测量定位系统平台上进行了实验验证。结果表明,所提方法在10 m测量范围内的三个方向上均能实现亚毫米级的定位精度,有效提高了旋转激光扫描测量系统在复杂测量环境中的适应性。
测量 旋转激光扫描测量系统 非球面反射 信号延时分析 光信号匹配 无源多靶点定位
基于网络药理学探求当归四逆汤作用于腰椎间盘突出症的作用机理。系统检索中药系统药理学技术平台(TCMSP)、中药潜在靶点数据库(TCM-PTD)获取当归四逆汤药物的有效活性成分45个, 作用靶点132个, 并将得到的靶点与通用蛋白数据库(Uniprot)中载入的基因名称简称进行匹配。通过检索人类基因数据库(GeneCards)和孟德尔疾病基因数据库(OMIM)来获取腰椎间盘突出症的作用靶点, 汇入表格并去除重复靶点之后, 共得到有效靶点379个。使用 ClusterProfiler R编程软件绘制Venn图, 获取药物和疾病共同作用的靶点25个。利用Cytoscape Version 3.6.1软件, 构建当归四逆汤活性成分-药物疾病共同作用靶蛋白网络。将药物疾病共同作用靶点导入功能性蛋白关联网络平台(STRING), 获取蛋白互作网络, 并使用Cytoscape Version 3.6.1软件对蛋白互作网络图进行拓扑分析和注释分析, 得到核心靶点AKT1、PTGS2、MAPK1、STAT3、MAPK8、JUN、CASP3、MAPK14等。使用ClusterProfiler R 软件对疾病药物公共作用靶点进行基因本体论(GO)富集分析和京都基因与基因组百科全书数据库(KEGG)通路富集分析, 并用Cytoscape Version 3.6.1绘制靶点-通路网络图, 得到当归四逆汤的有效活性成分paeoniflorin、beta-sitosterol、kaempferol、(+)-catechin、stigmasterol、formononetin、licochalcone a、sesamin以及关键作用靶点IL6、AKT1、PTGS2、MAPK1、STAT3、MAPK8、JUN、CASP3、MAPK14、IL10等, 并发现关键作用靶点主要通过丝裂原活化蛋白激酶(MAPK)活性、蛋白质丝氨酸/苏氨酸/酪氨酸激酶活性、血红素结合、磷酸酶结合、氧化还原酶活性、FMN结合、内肽酶活性、激素结合等功能, 涉及 HIF-1、FoxO、NF-κB、MAPK、p35等信号通路治疗腰椎间盘突出症。该文揭示了当归四逆汤从多成分、多靶点、多通路的角度治疗腰椎间盘突出症的作用机制, 为新药开发及临床应用提供了依据与新的思路。
当归四逆汤 腰椎间盘突出症 网络药理学 靶点 分子对接 Danggui Sini Decoction lumbar disc herniation network pharmacology target molecular docking
中国工程物理研究院激光聚变研究中心, 四川 绵阳 621900
提出一种基于共轭反射的高功率激光装置靶点时间同步测试方法。首先在靶点两侧放置一对相互平行、相对靶点距离相等的反射镜, 在反射镜关于靶点的共轭像点处放置两个高速光电探测器, 随后将靶室上下两个半球入射到靶点的激光分别反射到共轭像点的两个光电管上, 光电管输出波形信号的时间间隔即为待测光路之间的时间同步差。该测试方法具有操作简单、测试效率高等特点, 已成功应用于高功率激光装置多路激光时间同步的精密诊断。
测量 时间同步 靶点 共轭 反射
1 东北师范大学 物理学院， 吉林 长春130024
2 东北师范大学 紫外光发射材料与技术教育部重点实验室， 吉林 长春130024
为实现伴随粒子中子管研究中的小靶点表征，设计了一种基于YAG∶Ce材料的模块化荧光靶体，给出了一种靶点实时监视与测量的方法。利用该方法实现了伴随粒子中子管最小4 mm直径靶点的实验工作。研究中在可更换的荧光靶面上经过激光雕刻阵列化后，能够分辨毫米级甚至亚毫米级的靶点大小。经过长时间高能离子束轰击后的YAG∶Ce材料靶面能够持续发光，未见性能下降，证明YAG∶Ce材料具有良好的耐辐照性能。
伴随粒子中子管 小靶点 YAG∶Ce荧光粉 荧光靶 耐辐照 associated particle neutron tube small beam spot YAG∶Ce3+ phosphor fluorescence target radiation-resistance
中国工程物理研究院激光聚变研究中心, 四川 绵阳 621900
提出了一种测量惯性约束核聚变(ICF)激光驱动器靶点处多路光束时间同步的方法。首先测量参考光路脉冲到达靶点与到达基准点之间的时间间隔，然后测量待测光路脉冲到达靶点与参考光路脉冲到达基准点之间的时间间隔，计算得出待测光路脉冲与参考光路脉冲到达同一靶点的同步时间差。分析结果表明多束激光束间时间同步测量精度小于25.2 ps，测试技术和方法具有简单高效的特点，已成功应用于ICF激光驱动器多路强激光时间同步精密诊断。
测量 时间同步 靶点 示波器 光电管 多束激光
在对目前市场上的各种激光血管外照射治疗仪的优缺点进行分析研究的基础上,研制了一种腕表式弱激光治疗仪.该治疗仪采用了双靶点照射、靶血管定位器及激光定位仓等多种创新设计及技术,在保证安全的前提下实现了治疗效果的明显提升.
弱激光 血管外照射 双靶点 定位器
