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第1篇：生物光學成像技術范文

關鍵詞：近場光學 顯微技術 發(fā)展 應用 展望

中圖分類號：O43 文獻標識碼：A 文章編號：1007—3973（2012）009—066—02

1 近場光學顯微技術概述

近場光學的作用主要是對束縛在物體表面的非輻射場進行探測。普通光學的分辨率與近場光學的分辨率存在不同。在理論上，由于衍射極限的限制，使得普通光學成像的分辨率低于入射光波長的一半，根據(jù)估算大概在200 nm左右。近場光學的分辨率是根據(jù)衍射場的非輻射量而得到提高，大概在一個波長以下，其實它的工作原理是將掃描系統(tǒng)的頻帶拓寬。

近場光學原理在應用中最常見的便是掃描近場光學顯微鏡，通過對衍射分辨率的突破，然后收集納米材料表面的光學信息。掃描近場光學顯微鏡（SNOM）它主要是由探針、信號采集和處理、探針—樣品間距反饋控制、X—Y掃描以及圖像處理幾部份組成。對于SNOM來說，如果要完成超衍射分辨率的工作，必須要能夠精確的掌握及控制探針—樣品間距。截至目前為止，實現(xiàn)精確控制探針—樣品間距主要有激光光點反饋模式和剪切力反饋模式。這兩種模式存在主要的區(qū)別便是光的問題。激光光點反饋模式是利用激光在探針接近物體表面時產(chǎn)生的光斑來確定探針—樣品間距。剪切力反饋模式就是根據(jù)樣品間的作用力，使得探針針尖在接近物體表面時發(fā)生變化，根據(jù)這樣的原理使得探針控制在z=5nm～20nm的范圍之內(nèi)。運用剪切力反饋模式的原理得出的光學成像更具有真實性。

另外一種以近場光學原理為主的光學顯微鏡是光子隧道掃描顯微鏡，這種顯微鏡具有更高的分辨力，它的工作原理是利用光線探針接近近場光信號，分辨率取決于物體表面上光線點的面積。

2 近場光學顯微技術中的問題

2.1 納米級探針的制作

進場光學顯微技術是利用探針收集光場的信息，分辨率取決于探針尖的粗細和探測信息的精細結構。但是如果探針尖端過細，那么就會導致光的靈敏度降低。因此，在制作納米級探針時，必須要做到具體問題具體分析，必須要解決兩個問題：探針削尖化和亞波長孔徑的制造。

（1）探針削尖的方法。

通常情況下，在探針削尖的過程中，可以有兩種方法：

腐蝕法。這種方法被廣泛使用，可以利用HF酸和氨水對光纖芯進行腐蝕進而制作出不同的探針尖，但是這種方法具有高度的重復性。探針的圓錐角是可以改變的，取決于HF酸和氨水的綜合比例（1：X），當X由0.5增大到1.5時，針尖的圓錐角由15霸齟蟮？0啊5竊擻酶捶ㄖ譜魈秸?，蕼厦光蠂`獯嬖諉絳緯煞稚⑹降納⑸渲行摹8薟歡涎芯糠⑾鄭殼翱梢栽擻靡恢止庀吮；ぬ錐怨餳飩懈矗傭貿(mào)齙奶秸爰獗冉瞎饣??？

熔拉法。這種制作方法的原理是利用二氧化碳熔融光纖，在光纖兩端作用力使其形成絲狀，在用大力迅速將其拉斷，這樣形成的斷面是錐面，也可以用作探針尖。運用這種方法形成的探針尖比較光滑，在相同孔徑的情況下，腐蝕法卻比熔拉法的傳輸效率更高。熔拉法可以制作不同種類或形狀的針尖，但是相對來說成本高，設備昂貴。

（2）亞波長孔徑的制造方法。

納米光刻法：首先對要制作的光纖尖鍍膜，然后對其采用化學方法進行腐蝕，進而使用納米光刻法制成亞波長孔徑。

探針制造法：首先以二氧化碳激光加熱單模光纖，利用熔拉法使光纖頂端形成拋物面型的傳輸鋁尖，然后以5%的HF腐蝕探針尖端的細纖絲，這樣得到的探針的針尖更適合近場光學探測。

2.2 納米級樣品—探針間距的控制

為了保證近場光學中的超高分辨率，必須要保證探針在探測過程中對樣品的探測是無接觸掃描探測，這就要求必須要掌控好樣品—探針的間距。

在樣品—探針間距控制的過程中，剪切力調制是一種最常用的方法。它的工作原理是在亞波長范圍內(nèi)保證探針—樣品間距的可靠性和穩(wěn)定性，這種方法是一種非光學調制法。

剪切力通常是通過光纖頭與樣品表面的振動頻率探測得出的。當探針尖靠近樣品時，光纖頭的振動幅度是隨著樣品—探針間距和剪切力發(fā)生變化的，以此來測得探針—樣品間距的大小。在實際生活中，樣品—探針間距是通過壓電陶瓷的壓電效應測得的。

實際中通常采用壓電陶瓷的壓電效應測控樣品—探針間距。將高頻振動壓電管分為上下兩部分，下半部分以交流電壓激勵振動；上半部分有兩個電極，用于探測壓電陶瓷管（DPT）的振幅。由于剪切力對于探測振動的阻礙，DPT內(nèi)部產(chǎn)生張力；又由于壓電效應引起感應電壓，將感應電壓作為反饋信號，經(jīng)鎖相放大器達到控制樣品—探針間距的目的。利用這種方法，可以使得近場光學顯微技術更簡單化。除了此種方法可以測得樣品—探針間距，還可以利用電容傳感器、電壓—聲學法等來測得樣品—探針的間距

3 近場光學顯微技術的應用

3.1 物理領域的應用

近場光學顯微技術是物理領域重要的一部分，并且應用范圍極廣。

（1）光學可以成像，利用近場光學可以使得成像的分辨率達到納米量級。

（2）應用近場光學顯微技術，可以使得物理領域的光譜學研究更加深入。

由于研究發(fā)現(xiàn)的限制性，目前的光譜研究都處在宏觀水平，即使利用微區(qū)光譜也只能達到微米的程度。但是利用近場光譜儀器，可以實現(xiàn)納米級的測量，并且能夠區(qū)分納米量子線的光發(fā)射極多個量子線的發(fā)射譜。近場光學顯微技術可以在研究納米晶體、量子點、量子球方面發(fā)揮獨特而優(yōu)越的作用。

3.2 生物領域的應用

近場光學顯微技術在生物領域的應用也是很廣泛的。利用近場光學顯微技術的超高分辨率，可以更清晰的測得生物標本中細胞膜和細胞壁的厚度以及它們的內(nèi)部存在結構，并且還可以測得細胞膜內(nèi)部與外部結構在不同環(huán)境下的不同變化。根據(jù)生物技術的發(fā)展，國外已經(jīng)利用PSTM測得納米生物標本噬苗體細菌圖像的橢圓頭直徑為100 nm，圓柱尾直徑為10 nm。這樣精確的分辨率是以前的生物領域中不能做到的。

4 近場光學顯微技術未來前景展望

近場光學顯微技術使得衍射分辨率突破極限，并且促進了納米光學的發(fā)展，而且?guī)恿烁呙芏裙鈨Υ?、檢測生物單分子、細胞組織生命探測研究等多個領域的發(fā)展。

對于近場光學顯微技術未來的前景展望，應進一步研究樣品表面離激元產(chǎn)生機理，將更深入近場光學成像技術的創(chuàng)新和應用，包括亞波長和納米材料的應用。表面等離子晶體的新型納米光子學器件將得到迅速的發(fā)展，表面光波導將會引起科學領域的高度重視。在生命科學領域，TIRFM和SNOM的結合應用會獲得高分辨率的生物單分子光學圖像。另外，在大規(guī)模集成電路當中，利用反射式NSOM，對SRAM芯片進行表現(xiàn)成像來測量電路的線寬，將有非常廣泛的應用前景。

對于近場光學顯微技術的前景展望有著不可估量的飛躍，也必定會為各個領域的科學研究帶來更大的作用。

參考文獻：

[1] 王海潼，劉斐.近場光學顯微技術[J].應用光學，2005（5）.

第2篇：生物光學成像技術范文

目前，生物醫(yī)學圖像信息技術主要包括生物醫(yī)學圖像傳輸、圖像管理、圖像分析、圖像處理幾方面。這些技術同以前的圖像技術、醫(yī)學影像技術都有一定的聯(lián)系，其在涵蓋以往圖像技術、醫(yī)學影像技術的同時，也具有自身的特點，與傳統(tǒng)的圖像和醫(yī)學影像技術相比，生物醫(yī)學圖像信息技術更加強調在醫(yī)學圖像信息收集、處理等過程中應用計算機信息技術。

1.1圖像成像

從本質上來看，生物醫(yī)學圖像成像技術（下文簡稱“圖像成像技術”）與醫(yī)學影像技術的區(qū)別并不大，僅僅是人們更習慣將其表達為醫(yī)學影像。生物醫(yī)學圖像成像技術的研究內(nèi)容為：利用染色方法和光學原理，清晰地表達出機體內(nèi)的相關信息，并將其轉變?yōu)榭梢晥D像。圖像成像技術研究的圖像對象有：人體的標本攝影圖像、觀察手繪圖像、斷層圖像（如ECT、CT、B超、紅外線、X光）、臟器內(nèi)窺鏡圖像、激光共聚焦顯微鏡圖像、活細胞顯微鏡圖像、熒光顯微鏡圖像、組織細胞學光學顯微鏡圖像、基因芯片、核酸、電泳等顯色信息圖像、納米原子力顯微鏡圖像、超微結構的電子顯微鏡圖像等等。

圖像成像技術主要包括2個部分：現(xiàn)代數(shù)字成像和傳統(tǒng)攝影成像。通常可采用掃描儀、內(nèi)窺鏡數(shù)碼相機、采集卡、數(shù)字攝像機等進行數(shù)字圖像采集；顯微圖像采集則可應用光學顯微鏡成像設備及超微結構電子顯微鏡成像設備；特殊光源采集可應用超聲成像儀器、核磁共振成像儀器及X光成像設備。目前，各種醫(yī)學圖像技術的發(fā)展都十分迅速，特別是MRI、CT、X線、超聲圖像等技術。在醫(yī)學圖像成像技術方面，如何提高成像分辨力、成像速度、拓展成像功能，尤其是在生理功能及人體化學成分檢測方面，已經(jīng)引起了相關領域的重視。

1.2圖像處理

生物醫(yī)學圖像處理技術，是指應用計算機軟硬件對醫(yī)學圖像進行數(shù)字化處理后，進行數(shù)字圖像采集、存儲、顯示、傳輸、加工等操作的技術。圖像處理是對獲取的醫(yī)學圖像進行識別、分析、解釋、分割、分類、顯示、三維重建等處理，以提取或增強特征信息。目前，醫(yī)學領域所應用的圖像處理技術種類較多，統(tǒng)計學知識、成像技術知識、解剖學知識、臨床知識等的圖像處理均得到了較快的發(fā)展。另外，人工神經(jīng)網(wǎng)絡、模糊處理等技術也引起了圖像處理研究領域的廣泛重視。

1.3圖像分析及圖像傳輸

生物醫(yī)學圖像分析技術，是指測量和標定醫(yī)學圖像中的感興趣目標，以獲取感興趣目標的客觀信息，建立相應的數(shù)據(jù)描述。通過計算測定的圖像數(shù)據(jù)，可揭示機體功能及形態(tài)，推斷損傷或疾病的性質及其與其他組織的關系，進而為臨床診斷、治療提供可靠依據(jù)。生物醫(yī)學圖像傳輸技術，是指應用網(wǎng)絡技術，在互聯(lián)網(wǎng)上開展醫(yī)學圖像信息的查詢與檢索。通過網(wǎng)上傳輸圖像，在異地間進行圖像信息交流，可實現(xiàn)遠程診斷。同時，在院內(nèi)通過PACS（數(shù)字醫(yī)學系統(tǒng)—醫(yī)學影像存檔與通信系統(tǒng)），也能在醫(yī)院內(nèi)部實現(xiàn)醫(yī)學圖像的網(wǎng)絡傳遞。

2總結

第3篇：生物光學成像技術范文

電暈放電是輸變電系統(tǒng)運行中出現(xiàn)的主要問題之一，嚴重影響人身和設備安全，及時準確地檢測電暈放電的位置和強弱對保證電力系統(tǒng)可靠運行有重要意義。傳統(tǒng)的紅外檢測難以在白天使用，且可靠性低、誤檢率高、抗干擾能力差、響應速度慢，不能滿足輸變電系統(tǒng)的革新性發(fā)展。

紫外雙光譜成像檢測技術和紫外雙光譜成像儀的出現(xiàn)解決了這一難題，該技術具備響應速度快，分辨率高，作用距離遠，不受日光、霧天的干擾，可準確定位等優(yōu)點，克服了紅外檢測的弊端，特別適用于高壓電系統(tǒng)、高壓輸電線路的巡檢和航拍等各種惡劣環(huán)境。

暨南大學理工學院光電工程系教授龐其昌，潛心光電工程研究，在紫外圖像檢測、圖像處理、光譜成像檢測領域作出突出貢獻。據(jù)介紹，紫外光譜成像檢測技術能夠觀察和檢測到日盲紫外光信號，并將紫外圖像信號轉換成可見光圖像信號，便于觀察和測量。而紫外雙光譜成像儀就是結合了紫外成像技術，圖像轉換和微光增強技術，CCD攝像和計算機圖像疊加、處理以及平板圖像顯示等多種高技術開發(fā)出的新型監(jiān)測儀器。該儀器不僅可以檢測紫外信號的強弱、存在與否，更主要的是可以獲取紫外源或被測對象的兩維圖像，能夠觀察到許多用傳統(tǒng)光學儀器觀察不到的物理、化學、生物現(xiàn)象；又因為其工作在日盲紫外波段，故不受日光干擾，能夠在日光下檢測到通常我們在白天、霧天看不到的現(xiàn)象和景物，如輸變電線路的電暈放電等。除電暈檢測外，該技術在火災檢測、公安偵破、環(huán)保監(jiān)測、生物及醫(yī)學研究中的測量分析、微電子及超精細檢測等領域也存在廣闊的應用空間。

該項目獲得了2004年廣東省重點項目資助，解決了紫外成像、光路和系統(tǒng)設計、圖像融合和處理，完成了試驗樣機的研制，并申請獲得了發(fā)明和實用新型兩項專利（專利號：CN200310117583.8和ZL 03 2 25025.8）。利用該技術研制的紫外數(shù)碼相機能夠用于指紋與痕跡檢測，已進入小批量生產(chǎn)；紫外雙光譜檢測儀也已轉入實用儀器開發(fā)階段。

此外，龐其昌還開展了光譜成像技術的研究，他借助液晶濾光器和光柵光譜儀研制了凝視式光譜成像裝置和推掃式光譜成像裝置，并研制成功相關實驗設備，建立了實驗條件較為完善的研究平臺，并在此基礎上開展了中藥材成分分析和品質評價的研究，獲得國家青年科學基金和廣州市科學基金的資助。

第4篇：生物光學成像技術范文

關鍵詞：

顯微鏡； 掃描； 采集； 同步； 隨機噪聲

中圖分類號： O 436文獻標識碼： Adoi： 10.3969/j.issn.10055630.2013.05.014

引言

激光共焦掃描顯微鏡（LCSM）廣泛應用在生物醫(yī)學和材料科學等領域[1]，因其具有三維成像能力和良好的橫向分辨率和縱向分辨率[24]受到了廣泛的關注。傳統(tǒng)的掃描共焦顯微鏡，一般采用光束掃描式[5]，利用兩個相互垂直的平面掃描振鏡實現(xiàn)光學切片二維掃描[6]；然而，對于超大視場的成像，光束掃描方式由于在掃描過程中使光束發(fā)生偏轉，會在視場邊緣產(chǎn)生球差，引起視場邊緣成像與中心成像分辨率的不一致，從而容易導致光斑的空間輪廓形狀凹凸不平[7]。近年來，提出了一種采用數(shù)字微鏡器件的并行共焦檢測系統(tǒng)[810]提高成像速度的方法，但是在微透鏡陣列焦平面上得到的焦點是非均勻分布的，產(chǎn)生了一些畸變，與理想的焦點發(fā)生了位移。因此，采用工作臺運動實現(xiàn)掃描，即激發(fā)光的會聚焦點靜止而載物臺進行二維或三維運動實現(xiàn)連續(xù)掃描。這種工作臺運動掃描方式，優(yōu)點是在對超大視場的逐點掃描成像時，可以在整個視場區(qū)域實現(xiàn)一致的高分辨率成像，缺點則是成像速度慢。

為了提高成像速度，本文對工作臺運動掃描方式LCSM中傳統(tǒng)的多幀取平均的方法進行了改進，設計并實現(xiàn)了一種基于工作臺連續(xù)運動的LCSM系統(tǒng)，并且提出了單幀成像濾除隨機噪聲的方法。

1反射式LCSM的工作原理

圖1是設計的反射式LCSM系統(tǒng)原理圖，該系統(tǒng)主要由幾大模塊組成，包括：光學成像模塊、光電轉換及放大模塊、機械掃描模塊、數(shù)據(jù)采集及數(shù)據(jù)處理模塊。

其中光學成像模塊采用無限遠光學系統(tǒng)，由于其系統(tǒng)中存在一段平行光路，在光學結構設計和像差矯正上具有一定的優(yōu)勢。入射光波為405 nm的激光，該波長不僅不會殺傷細胞，而且滿足高分辨率的要求。采用共軛技術成像，使光源、被測樣品及探測器處于彼此對應的共軛位置上。入射激光經(jīng)過分光鏡反射后聚焦到樣品的某點處，由該點激發(fā)出來的熒光透過顯微物鏡，光束經(jīng)過分光鏡與高通濾波器后，僅有熒光波段通過，熒光通過成像透鏡聚焦于針孔處，非焦平面上的雜散光被濾掉，通過針孔的熒光被光電倍增管接收，工作臺通過作三維掃描便可以完成對光學斷層成像。

2影響LCSM分辨率的因素

2.1針孔大小及取樣間隔的選擇

針孔的大小與愛里斑的直徑相關，許多人對LCSM的三維光學傳遞函數(shù)與探測器前方針孔直徑之間的關系進行了研究[1112]。結果表明[11]，該針孔直徑不必非常小。當針孔直徑恰好等于一個愛里斑所成像的大小時，探測器接收到的光能量較高，既可以提高信噪比，又不會對分辨率造成特別大的影響。愛里斑經(jīng)過無限遠光學系統(tǒng)放大后，其像的大小為：

其中，β為系統(tǒng)的放大倍率，λ為入射光波長，NA為數(shù)值孔徑。已知β=40倍，λ=405 nm，NA=0.95，根據(jù)式（1）計算得到愛里斑像的大小約為20 μm。因此，該系統(tǒng)選用20 μm針孔直徑。取樣間隔遵循的原理是奈奎斯特采樣定理，將愛里斑作為周期信號，能夠區(qū)分兩個愛里斑的取樣間隔為0.25個愛里斑直徑，將取樣間隔定位在100～125 nm之間，即可滿足還原高分辨率圖像的要求。

2.2數(shù)據(jù)分配消除隨機噪聲

隨機噪聲具有很寬的頻譜，若采用低通濾波，必然會造成圖像的高頻成分損失。傳統(tǒng)的做法是多幀平均，根據(jù)隨機噪聲互不相關的特點，且均值為零，可以有效的壓縮噪聲。具體的方法就是在被測實驗樣本熒光極弱的情況下可通過多幀平均的方法來提高信噪比。盡管納米位移臺的重復精度很高（小于5 nm），但是多幀平均會使掃描時間成倍增加，為了在一次掃描時間內(nèi)完成濾除隨機噪聲的任務，提出了利用數(shù)據(jù)分配濾除隨機噪聲的方法，即在每一點附近采集多次，再將這些值累加或加權取平均得到該點的能量值。具體原理如下所述。

在任意時刻采集的數(shù)據(jù)為：

累加后的信噪比提高了K倍。

采集卡的型號是NI6120（12 bit），采樣率單位為S/s，表示每秒鐘采集的次數(shù)。最高采樣率可以達到10 000 000 S/s。當采樣率足夠高時，可以近似認為在一點處取得的平均值，就每一行而言，具體采集方法如圖2所示。

若采集范圍為50 μm，需要500個像素，工作臺掃描速度為100 μm/s，當采樣率設置為1 000 000 S/s時，每行可以得到500 000個點，取樣間隔為100 nm，每個間隔內(nèi)有1 000個采集點可供分配，若將1 000個采集點都取平均，相當于低通濾波器掩膜尺寸太大，導致細節(jié)被濾掉，圖像變得很平滑。為了避免這種情況，只取其中的前十分之一的數(shù)據(jù)，即100個采集點做加權平均，這100個采集點分布在10 nm范圍內(nèi)，對分辨率不會造成影響。

如圖3所示，兩幅圖均取了50次平均，圖3（a）的采樣率為10 000 S/s；圖3（b）的采樣率為100 000 S/s可以看出隨著采樣率的提高，平滑效果減弱。事實上，當采樣率可以設置為10 000 000 S/s時，取樣平均的次數(shù)也可以增加，使均值趨于零。利用這種方法有效地濾掉了隨機噪聲，同時還保留了圖像細節(jié)。

3同步系統(tǒng)設計

3.1同步采集方法研究

該系統(tǒng)選用PI公司的3軸壓電陶瓷驅動納米位移臺，型號是P545，3個軸移動范圍均為200 μm，由于具有長量程和型面不高的特點，非常容易整合進高分辨率的顯微鏡內(nèi)，并且位移精度可以達到1 nm，完全滿足高分辨成像的需要。

連續(xù)掃描是指工作臺可以從初始位置連續(xù)移動到目標位置，同時采集卡不間斷的采集數(shù)據(jù)，因此，工作臺與采集卡實現(xiàn)同步尤為重要。工作臺P545的單向重復性優(yōu)于雙向。因此，采用如圖4所示的單向梳狀掃描路徑，并以100 μm/s的速度運動的，在這個速度下運動，工作臺狀態(tài)比較穩(wěn)定。

采集卡需要工作在有限連續(xù)采集模式下，具體方法：給每一行分配一個指定大小的緩存區(qū)，當工作臺運動到每一行的目標位置時，恰好使采集到的數(shù)據(jù)填滿緩存區(qū)，讀取后清空緩存區(qū)；工作臺沿縱向只移動步距，不采集數(shù)據(jù)。每行采集均重復此過程，采集卡在該模式下工作，沒有任何數(shù)據(jù)被覆蓋掉。除此之外，為了實現(xiàn)工作臺運動與數(shù)據(jù)采集同步，還需將工作臺與采集卡參數(shù)匹配設置，表1列舉了一些工作臺與采集卡設置的參數(shù)，根據(jù)不同的需求，選擇合適的掃描范圍。其中，掃描范圍、掃描速度與像素數(shù)目決定了成像時間，掃描范圍與像素數(shù)目決定了取樣間隔，繼而影響了分辨率，表1給出的參數(shù)滿足實現(xiàn)高分辨率成像的要求。根據(jù)實際情況對分辨率的不同要求，調整表中的參數(shù)，在相同掃描范圍與像素數(shù)目下，采樣率越高，賦值范圍越小，去噪效果越好。

3.2系統(tǒng)軟件設計

為數(shù)據(jù)同步采集模塊的軟件設計流程圖。首先，設置工作臺掃描速度與掃描范圍；然后，設置采樣率，使采樣率、掃描速度和掃描范圍完全匹配，即保證工作臺運動到目標位置時，采集卡緩存區(qū)剛好被填滿，其中，循環(huán)次數(shù)由像素數(shù)決定。

操作控制界面如圖6所示，主要包括光源控制模塊、采集參數(shù)設置、工作臺控制器參數(shù)設置、實時顯示模塊。

4實驗結果

本文所研究的顯微鏡實驗裝置如圖7所示，鑒于穩(wěn)定性的要求，加工了三維支架，保證了絕對水平和垂直。為了方便尋找細胞，將分光鏡分離的另一束光成像在CCD上，并且在工作臺下方安裝了粗調X，Y兩個方向的底座。

實驗中所采用的樣品是老鼠腦細胞，細胞的平均尺寸約為10 μm。將表1中的參數(shù)輸入軟件中，完成圖像掃描，可獲得如圖8（b）所示的共焦掃描圖像，并與蔡司寬場顯微鏡對該細胞拍攝的圖像進行對比，如

5結論

本文研制的基于工作臺連續(xù)運動的LCSM系統(tǒng)，完成了系統(tǒng)控制和數(shù)據(jù)采集的任務，利用有限連續(xù)采集模式，解決了機械控制與數(shù)據(jù)采集難以同步的問題，并在此基礎上完成了軟件系統(tǒng)的開發(fā)工作。與傳統(tǒng)的多幀取平均掃描方式相比，大大地提高了成像速度。本文所述的實驗結果是在納米位移臺單向掃描方式下獲得的，若納米位移臺雙向重復性好，能夠實現(xiàn)雙向掃描，還可以進一步提高成像速度。

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第5篇：生物光學成像技術范文

【關鍵詞】納米材料生物醫(yī)學生物安全性

一、引言

納米材料主要是指結構單元在納米尺寸范圍(1~100nm)內(nèi)的一類材料，由于表面原子具有很大的比表面積，其表面能極高，從而獲得較多的表面活性中心，化學性質十分活潑，因此納米材料通常具有特異的性能。納米材料的發(fā)現(xiàn)始于20世紀80年代初期，隨后人們逐步發(fā)現(xiàn)其在光學、磁學、電學和力學方面具有比普通材料更加優(yōu)越的特性，進而得到了多個領域的關注并逐漸發(fā)展起來，廣泛應用于生物醫(yī)學、環(huán)境、航空航天和石油鉆探等領域的研究。尤其是在生物醫(yī)學方面，基于納米技術的藥物和傳感器已經(jīng)應用到實際的醫(yī)學應用中，而且能夠得到是理想的治療和診斷結果。通過從納米尺度進行精確地制備納米材料，人們打開了更小的微觀世界，特別是生物體細胞層面上的化學反應都發(fā)生在納米的度，納米材料的使用能有效地檢測或調控微觀的生理和病理過程。納米材料發(fā)展對醫(yī)學診斷和醫(yī)學治療具有重大意義，已經(jīng)成為醫(yī)學界關注的熱點和前沿，具有廣泛的應用前景和產(chǎn)業(yè)化發(fā)展空間[1]。

二、納米材料在醫(yī)學診斷中的應用

2.1納米生物傳感器

納米生物傳感器是一種由納米材料制成的檢測裝置，主要根據(jù)將檢測到的信息按一定規(guī)律變換為電信號或以其他的形式輸出，使人們能定量定性地分析檢測物質。生物傳感器的研發(fā)中人們使用納米材料，能夠提高生物傳感器的靈敏度以及檢測范圍。同時以納米材料制備的新型傳感器具有穩(wěn)定性好，成本低，生物相容性好等優(yōu)點，在醫(yī)學的臨床診斷方面得到了高度重視，特別是作為一項新興的前沿技術，納米生物傳感器的研發(fā)能夠進行早期癌癥的診斷。納米傳感器可以利用高靈敏度的特點，在血液中可通過微小的電流變化反映出癌細胞的種類和濃度。這種對癌細胞進行的精確分析，有望實現(xiàn)特殊疾病的無創(chuàng)、快速診斷，今后人們只需將納米材料注入人體內(nèi)，便能在短時間內(nèi)完成確診。

2.2納米生物成像技術

在臨床診斷中，通過對生物體內(nèi)的細胞或特定組織進行直觀的圖像分析，能夠迅速高效且準確地獲得生理和病理信息。隨著納米技術的飛速發(fā)展，新型的納米材料被不斷制備出來，并且廣泛應用于生物醫(yī)學成像領域。碳納米管具有良好的發(fā)光性能，而且毒性極低，具有良好的生物相容性，能夠制備成生物熒光探針用于癌細胞的成像[2]。氧化鐵磁性材料具有良好的超順磁性，能夠應用于核磁共振成像的研究中，由于其能在生物體內(nèi)特異性的分布，該部位的腫瘤與正常組織的對比度能夠顯著提高。目前氧化鐵磁性材料可作為造影劑廣泛應用于臨床的腫瘤及其他疾病的診斷[1]。另外，稀土離子摻雜的納米材料具有良好的光學性質，能夠實現(xiàn)多種顏色的可調發(fā)光，同時能夠避免生物體自身產(chǎn)生的熒光干擾，極大地提升光學成像效果?？傊?，在未來的生物成像領域，新型功能的納米材料將發(fā)揮至關重要的作用。

三、納米材料在醫(yī)學治療中的應用

3.1納米載藥技術

納米載藥是指首先制備納米級的載體，荷載藥物后輸入人體，最終在人體內(nèi)控制釋放的技術。作為一種新型的給藥技術，納米載藥是多學科包括藥理學、化學、臨床醫(yī)學交叉研究發(fā)展的產(chǎn)物，其最大的優(yōu)點是具有靶向性和緩釋性。靶向性可以使給藥更加精確，不僅可以在增加生物體局部藥物濃度的，而且同時可以控制其他部位的藥物濃度，減少對其他組織部位的副作用。緩釋可在保證藥效的前提下減少藥量，同時減少用藥頻率，進而減輕藥物引起的不良反應。對于某些難溶性藥物，納米藥物載體可有效減小藥物粒徑，從而增加其溶解度和溶出度，提高藥物的溶解性提高治療效果。另外，納米載體提供了封閉包覆環(huán)境，藥物能在到達作用部位之前盡量保持自身結構的完整性，維持較高的生物活性。目前，能夠作為藥物載體的納米材料有介孔二氧化硅、納米多孔硅和碳納米管等，盡管短時間內(nèi)對生物體無毒性，但其在生物體內(nèi)的降解情況不理想。為了提高藥物載體的降解特性，人們開始關注更易體內(nèi)分解的高分子納米材料，如聚合乳酸、乳酸-乙醇酸共聚物、聚丙烯酸酯類等，這些材料能在人體內(nèi)可水解，降解成無毒產(chǎn)物，是十分有發(fā)展前景的藥物載體。

3.2納米生物醫(yī)用材料和納米生物相容性器官

納米材料和生物組織在尺寸上存在著密切的聯(lián)系，如核酸指導蛋白質合成過程種形成的核糖核酸蛋白的尺寸就在15-20nm之間，影響人體健康的病毒尺寸也在納米的范圍之內(nèi)。納米材料和生物醫(yī)學的緊密結合，制備納米醫(yī)用復合材料及相容性器官，廣泛應用于生物醫(yī)學治療的研究中，如制備人造皮膚、血管以及組織工程支架等[3]。在人造骨中，納米鈦合金具有促進骨細胞發(fā)育的功能，使骨細胞緊密貼壁生長，同時加速材料和組織的融合。同時，納米級的羥基磷灰石或聚酰胺復合骨充填材料可以有效填補骨缺損，具有良好的生物相容性，并且能夠促進骨細胞生長。根據(jù)血液中的紅細胞具有運載氧氣的功能，人們開發(fā)出納米級的人造紅細胞，實現(xiàn)了比普通紅細胞更高的氧氣運載能力。如果人體心臟因意外而停止跳動，可以立刻注入人工的納米紅細胞，提供更加充足的氧氣[4]。此外該技術在貧血癥和呼吸功能受損的治療中發(fā)揮著重要的作用。

四、納米材料的生物安全性問題

隨著科技水平的不斷提升，納米材料在生物醫(yī)學領域越來越廣泛，但是納米材料與人類接觸的過程中依然受到安全性問題的困擾。某些納米材料可以穿透皮膚，透過細胞膜破壞正常細胞引發(fā)炎癥，造成免疫、生殖和腦部組織的損傷，如超小的TiO2納米顆粒能引起嚴重的呼吸道組織變化，導致上皮組織滲透性增加，引起多種炎癥。此外，許多物質在普通條件下并無生物毒性，而在降低到納米尺寸下材料因難以通過正常代謝途徑排出體外表現(xiàn)出蓄積毒性，因此納米材料的生物安全性是亟需解決的問題。目前已經(jīng)很多科研工作者積極致力于研究納米材料的安全性問題，研究發(fā)現(xiàn)碳基納米材料（如碳納米管和石墨烯）會引起生物體內(nèi)細胞膜磷脂的破壞，造成結構損傷破壞，引起細胞的功能異常；金屬氧化物（氧化鋅和二氧化鈦）易發(fā)生氧化還原反應，因該過程會釋放電子，會產(chǎn)生一定的細胞毒性，而且其納米材料的尺寸越小，其比表面積越大活性越高，產(chǎn)生的電子所引起的毒性越強[5]。為了真正實現(xiàn)納米材料在臨床醫(yī)學中的應用，人們采取了一系列策略降低納米材料的毒性，如對納米材料進行表面修飾提高其生物相容性，降低材料的使用劑量和暴露時間，調整納米材料的反應環(huán)境，以及開發(fā)可降解的納米材料。但是大多數(shù)納米材料的毒性問題依然沒有徹底解決，其生物安全問題依然是限制納米材料臨床使用的重要因素。

第6篇：生物光學成像技術范文

本書是關于太赫茲物理學的一部適于大學生教學采用的教材，是對科學與工程專業(yè)的學生首次展示這一新領域的第一部著作。它涵蓋了很少被深入探索過但內(nèi)容異常豐富的這一特殊電磁波段的物理學知識。作者以一種清晰的寫作風格，側重于理解太赫茲頻率的基本物理原理和應用，具有適當?shù)纳疃群蛨詫嵉幕A。作者按照教學需要把全書內(nèi)容劃分為部分、章和節(jié)。為了適應不同的學習風格，書中提供有豐富的圖表，簡潔表達的數(shù)學語言和說明抽象概念的眾多例題。在書中的適當?shù)胤蕉⒎嵌荚谡?、?jié)末尾編排了大量的練習題，求解這些習題可以提供對于新概念的實踐機會和最好的學習方法。在每一章的結束對于關鍵術語、關鍵方程和重要的符號表給出簡要的總結。

全書內(nèi)容分成3個部分，11章。1.引言。其后是第1部分 基礎，含第2-6章：2.振蕩；3.組合振蕩；4.光；5.物質；6.光與物質的相互作用。第2部分 組件，含第7-9章：7.源；8.光學；9.探測器。第3部分 應用，含第10-11章：10.光譜學；11.成像.全書末尾附有術語詞表。

這本書內(nèi)容新穎、敘述通暢、概念精確，解釋明確，例證和插圖極富啟發(fā)性，非常適合高年級本科選修課以及從事太赫茲物理相關專業(yè)學習的研究生課程選作教材。此外，本書假設讀者具備諸如復數(shù)、向量、偏導數(shù)、二重積分等基礎數(shù)學知識。作者使用這些簡單的數(shù)學工具非常巧妙地敘述復雜的現(xiàn)代概念，很適合讀者自學。

第7篇：生物光學成像技術范文

光學相干斷層成像(opticalcoherencetomography，OCT)是一種新型光學成像技術，其應用近紅外光干涉成像，使用干涉儀記錄不同深度生物組織的反射光，通過計算機構建能夠讓人簡單識別的圖像，具有較高的分辨率。自2000年開始應用于在體冠狀動脈病變檢測以來，OCT以其較高的安全性和極高的分辨率在世界范圍內(nèi)迅速普及，從最初作為冠狀動脈造影的替補逐漸成為血管內(nèi)檢測技術的主力之一。

1、1OCT在冠狀動脈中的應用

OCT可在體觀察冠狀動脈粥樣斑塊的特點，進而可幫助我們判定斑塊的穩(wěn)定性，對病變風險的評估做出準確的判斷。OCT檢測到的斑塊定義為三類:纖維斑塊、纖維鈣化斑塊及脂質斑塊。同時研究發(fā)現(xiàn)，OCT的檢測結果與病理學對照表現(xiàn)出較高的一致性，OCT對脂質斑塊和纖維鈣化斑塊的敏感性和特異性分別是90%和92%，96%和97%;對纖維斑塊的敏感性和特異性分別為79%和97%。因此，OCT也獲得了“光學活檢”的美譽。動脈粥樣硬化斑塊破裂及血栓形成是大多數(shù)急性冠狀動脈綜合征的原因。因此，檢測具有高破裂風險的斑塊(即易損斑塊)，對預防急性冠狀動脈綜合征的發(fā)生有著重要的意義。易損斑塊的主要特征之一是薄纖維帽，在一項對比OCT、IVUS，以及冠狀動脈血管鏡(coronaryangioscopy，CAS)的研究中，OCT是唯一能夠進行精確測量易損斑塊纖維帽厚度的檢查手段。在體OCT研究也發(fā)現(xiàn)急性冠狀動脈綜合征患者使用OCT所測量得到的纖維帽厚度明顯小于那些穩(wěn)定型心絞痛患者。除纖維帽厚度之外，易損斑塊的另一特點就是大的脂質核心。一般認為脂質核心的大小與斑塊的穩(wěn)定性相關，脂核越大，穩(wěn)定性越差。OCT圖像中，大脂質核心的斑塊顯示為模糊邊緣的低密度信號。同時OCT對脂質成分的檢測準確性也明顯優(yōu)于IVUS。在上述基礎上，OCT定義了薄帽纖維粥樣斑塊(thincapfibro-atheromas，TCFA)，即OCT圖像顯示脂核角度≥2個象限和纖維帽厚度＜65μm的脂質斑塊。OCT對斑塊破裂的定義為斑塊纖維帽的連續(xù)性中斷，并在斑塊上形成空腔或伴有血栓形成。在對ST段抬高性急性冠狀動脈綜合征患者的研究中發(fā)現(xiàn)，使用OCT能觀察到73%的斑塊破裂，IVUS只觀察到了40%，而CAS是47%。如果僅僅是內(nèi)皮連續(xù)性的中斷，繼發(fā)形成血栓，則稱為管腔侵蝕(erosion)。OCT檢測侵蝕在急性冠狀動脈綜合征患者罪犯病變的發(fā)生率為16．3%，亦是急性冠狀動脈綜合征患者管腔內(nèi)血栓形成的重要機制之一。OCT檢測血栓無論從血栓成分、形態(tài)或位置上，均表現(xiàn)出了與病理學較高的一致性，OCT定義的紅色血栓呈現(xiàn)為突入管腔中信號不強，高背反射并伴有陰影的組織圖像;白色血栓呈現(xiàn)為突入管腔中的強信號，低背反射無陰影的組織圖像;混合血栓介于紅白血栓之間的反射信號。隨后的研究完善了OCT對血栓的定義，同時使斑塊和血栓的鑒別更加容易可靠。使用OCT發(fā)現(xiàn)100%的急性心肌梗死患者罪犯病變伴有血栓形成，而IVUS僅發(fā)現(xiàn)了33%。OCT還能夠識別脂質斑塊中巨噬細胞的密度以及分布情況。巨噬細胞浸潤在OCT圖像所表現(xiàn)的是斑塊上的強反射信號。已有研究證實了OCT所采集的纖維帽上的巨噬細胞密度數(shù)據(jù)與病理學所獲得的數(shù)據(jù)具有很高的相關性。

2、頻域OCT相關新技術

頻域OCT采用光纖導管，成像速度是上一代時域OCT的10倍左右，掃描成像5mm的目標血管只需要不到3s的時間，同時可獲得更多的有效清晰的截面數(shù)。并且由于掃描截面直徑由原來的8mm增加至10mm，使得OCT在左主干病變中的應用成為了可能。分叉病變向來是冠狀動脈支架置入失敗率較高的一種復雜病變，對這些病變的處理并沒有統(tǒng)一的最佳治療策略。分叉開口處的貼壁不良是分叉病變支架置入的一種常見現(xiàn)象，未貼壁小梁或者重疊支架處的藥物洗脫支架小梁的內(nèi)皮化會發(fā)生延遲，這兩種現(xiàn)象能夠被OCT很好地觀察到。在分叉病變支架置入過程中應用OCT能夠觀察到主支血管和分支開口處的斑塊分布情況以及斑塊成分，這些信息都將對指引術者選擇適當?shù)闹委煼桨妇哂兄匾囊饬x。

二、CAS

CAS是利用光學成像纖維直接在血管腔內(nèi)觀察血管壁的形態(tài)和顏色等來判定斑塊形狀、血栓、潰瘍、撕裂等情況。目前CAS仍需阻斷血管血流，操作過程有可能引起冠狀動脈副損傷和血栓形成等并發(fā)癥，限制了CAS在冠狀動脈疾病診治中的應用。但CAS在冠狀動脈粥樣硬化斑塊和血栓的檢測中仍為一種重要研究手段。正常血管壁表現(xiàn)為均勻光亮的白色，而動脈粥樣硬化斑塊在血管鏡下可呈現(xiàn)為白色和黃色。斑塊表面的顏色決定了斑塊脂質成分含量的多少。平滑的白色斑塊因帶有相對較厚的纖維帽，多為穩(wěn)定斑塊;而黃色提示為斑塊富含脂質，覆蓋薄的纖維帽，多為易損斑塊。CAS也可用于檢測冠狀動脈內(nèi)血栓。應用CAS在大多數(shù)的急性心肌梗死患者冠狀動脈內(nèi)均發(fā)現(xiàn)了紅色血栓。斑塊破裂部位形成的富含血小板的血栓常表現(xiàn)為白色顆粒樣，而富含紅血球的血栓則表現(xiàn)為紅色的不規(guī)則結構。

三、多層螺旋CT

自多層螺旋CT(multi-slicedetectorspiralcompu-tedtomography，MSCT)投入臨床使用以后，利用MSCT技術評價冠狀動脈管腔狹窄程度的研究一直備受關注。隨著技術的進步，CT冠狀動脈血管造影(coronaryCTangiography，CCTA)檢查已經(jīng)成為冠心病的重要篩查手段。CCTA通過靜脈注射碘對比劑，能直觀地顯示冠狀動脈管腔內(nèi)外情況。應用256層螺旋CT作為無創(chuàng)性檢查對冠狀動脈狹窄診斷率較高。CCTA憑借著良好的圖像質量，可以對低危及無癥狀人群冠狀動脈病變狹窄程度進行檢測，完成其在介入治療前的篩選，從一定程度上避免不必要的有創(chuàng)性冠狀動脈檢測。應用CCTA可判斷冠狀動脈內(nèi)斑塊類型，根據(jù)CT值的不同來反映斑塊的病理組成。冠狀動脈斑塊按CT值可分為三類:脂肪斑塊(軟斑塊)、纖維斑塊和鈣化斑塊。此外CCTA還可以清晰地顯示斑塊的形態(tài)、位置和范圍，從而對冠狀動脈病變治療方案的確立提供幫助。

四、冠狀動脈核磁成像

冠狀動脈核磁成像(coronaryMRangiography，CMRA)具有無創(chuàng)、無輻射的優(yōu)勢，憑借著其良好的組織對比度及任意的三維成像優(yōu)勢，不僅能準確診斷冠狀動脈管腔的狹窄，血管壁的異常，而且對易損斑塊的診斷有著獨特優(yōu)勢。由于冠狀動脈較細，容易被周圍脂肪組織掩蓋，且與周圍心肌、靜脈的信號相似，要想充分顯示冠狀動脈需要利用一些特殊技術及脈沖序列。其中3．0T核磁共振對比增強全心冠狀動脈成像技術對診斷冠狀動脈病變具有較高的敏感性和特異性。目前對嚴重鈣化病變的診斷及動脈粥樣硬化斑塊成分的鑒別已超過了CCTA。

五、冠狀動脈病變生理學評價

無創(chuàng)評價心肌缺血的方法主要有運動負荷試驗、核素心肌灌注顯像及藥物張力超聲心動圖等。這些經(jīng)典的檢測手段對進行篩查冠狀動脈病變的患者十分有益。但在患者存在分支病變臨界病變等，無創(chuàng)檢測結果的實用價值表現(xiàn)出其有限性，既不能準確地判斷罪犯病變特點，也不能準確地判定病變引起心肌缺血的程度。冠狀動脈造影(coronaryangiography，CAG)、IVUS及OCT等有創(chuàng)性冠狀動脈病變檢測手段僅依據(jù)影像學結果來判斷病變性狀及是否需要介入治療，不能從功能上準確判斷病變與心肌缺血的相關性。

1、FFR

通過壓力檢測推算冠狀動脈血流情況的新指標———FFR，定義為存在狹窄病變的情況下，該冠狀動脈所提供給心肌區(qū)域能獲得的最大血流量與同一區(qū)域在正常情況下所能獲得的最大血流量的比值。FFR在不受血壓、心率及心肌收縮力等情況的影響下，理論正常值為1．0。當FFR值＜0．75時，對冠狀動脈阻塞性病變檢測表現(xiàn)出較高的特異性和敏感性，確定病變誘發(fā)心肌缺血的特異性可達100%。FFR可直接評價受冠狀動脈病變影響的血管供血生理，在CAG等檢測技術難以確定診斷時，F(xiàn)FR可提供有效的信息幫助進行診斷和制定治療策略。多項研究已證實基于FFR指導下的冠狀動脈病變介入治療有著更好的臨床效果，F(xiàn)FR指導策略可減少支架使用的數(shù)量，減少了X線暴露時間及造影劑的用量，降低了手術相關費用。

2、FFR在冠狀動脈病變檢測中的應用

第8篇：生物光學成像技術范文

關鍵詞 納米點 應用

近幾年，射頻磁控濺射制備金屬納米顆粒復合膜是許多方法中最好方法之一，可以在可控條件下和低溫環(huán)境中獲得均勻的覆蓋薄膜，可以將金屬顆粒均勻分散到半導體襯底中，這樣就比其它方法更能有效的控制金屬含量，而使復合膜中的金屬量達到很高的值。也可以用生長的Au/SiO2一維納米材料作為模板，基于VLS生長機制催化生成理想的納米點或者納米線。這種用模板催化方式生長納米線或者納米點的工藝較其它方法更簡單。利用模板合成納米結構的方法給我們創(chuàng)造了更好的條件來控制復合納米的性質，進而在納米機械器件和納米電子制備方面有重要意義。本文淺述了納米點的可能的發(fā)展應用前景并初探了自組裝生成Au納米點工藝。

一、復合材料納米點的發(fā)展應用前景

納米點，也稱半導體量子點（納米微晶），是一種比較小的納米微粒。納米微晶的基本性質基于本身量子點的量子效應，當微粒尺寸進入到納米級別時，將會引起宏觀量子隧道效應、尺寸效應和表面效應，進而展現(xiàn)出許許多多不同于宏觀材料的物理化學性質，在生命科學、量子器件、醫(yī)藥等方面具有非常好的應用前景，同時將對電子信息技術、生命科學的發(fā)展產(chǎn)生深遠的影響。

（一）在生命科學中的應用

在生命科學領域納米微晶的主要應用前景就是在生物科學中作熒光探針，傳統(tǒng)的熒光探針激光光譜窄，且不連續(xù)，而納米微晶的激光光譜寬且連續(xù)，顏色可調，而且量子點的光化學穩(wěn)定性高，不易分解。同時納米點很有可能使篩選藥物成為可能。將不同光譜的納米點與不同靶分子的藥物相結合，就可以一次性檢測藥物分子。納米點還可以應用在醫(yī)學成像方面。因為可見光只能穿透厚度為毫米級的組織，而紅外光線則可以穿透厚度為厘米級的組織，因此我們可將在紅外區(qū)發(fā)光的納米點標記到要檢測組織的組分上，同時用紅外光激發(fā)，通過成像的方法來檢測組織內(nèi)部的情況，從而達到診斷的目的。納米點在生物芯片發(fā)展歷程中也可以大顯身手。例如在研究蛋白質與蛋白質相互作用的生物芯片中，盡管生物芯片上有非常非常多的蛋白質，可是由于受傳統(tǒng)熒光探針性能的限制，通常一次只能將一種或幾種標記了熒光探針的蛋白質與生物芯片相作用，從而進行檢測。要研究多個蛋白質就必須重復操作，降低了效率。如果我們在芯片的應用中引入了納米點情況則可能不同，基本可以做到“很多”對“很多”。納米微晶還可以應用于溶液矩陣，即將不同的納米點或納米點微粒標記在每一種生物分子上，并置于溶液中，形成所謂溶液矩陣。進行標記了的生物分子在溶液狀態(tài)下很容易保持生物分子的正常三維構象，從而具備了正常的生物功能，這是其優(yōu)于平面芯片的地方。

（二）半導體納米點的器件應用

納米點的生長工藝及其性質成為當今納米材料的研究熱點，目前最常用的制備納米點的方法是自組織生長方式。納米點中較低的態(tài)密度和能級的尖銳化，導致了納米點的結構對其中的載流子產(chǎn)生三維量子限制效應，從而使其光學性能和電學性能發(fā)生了變化，而納米點在正入射情況下才能發(fā)生明顯的帶內(nèi)躍遷。這些性質都使納米點在各種光電器件、單電子器件以及其他器件方面具有極為廣闊的應用前景。

納米點復合材料及納米點激光器是半導體技術領域中的一個前沿性課題。納米點復合材料基于它的量子隧穿、尺寸效應、以及非線性光學效應等是新一代固態(tài)量子器件的基礎，在未來的光電子學、新一代超大規(guī)模集成電路和納米電子學等方面有著極其重要的應用前景。我們采用自組裝方法直接生長納米點復合材料，可將納米點的橫向尺寸縮小到幾十納米之內(nèi)，接近縱向尺寸，并可獲得無位借、無損傷的納米點，現(xiàn)己成為納米點復合材料制備技術的重要手段之一，缺點就是納米點的均勻性不好控制。以納米點結構為有源區(qū)的納米點激光器理論上具有更高的光增益、更寬的調制帶寬、更高的特征溫度和更低的閡值電流密度等優(yōu)點，將使激光器件的性能有一個質的飛躍，對未來半導體激光器件市場的發(fā)展方向產(chǎn)生巨大的影響。近幾年來，日本、歐洲、美國等國家都開展了自組裝納米點材料和納米點激光器件的研究，取得了很大進展。

當然在除了采用面發(fā)射激光器、納米點材料研制邊發(fā)射外，在其他的光電子器件上納米點也得到了非常非常廣泛的應用。

二、自組裝法生長Au納米點工藝

第9篇：生物光學成像技術范文

【關鍵詞】光電倍增管 性能研究 應用研究 研究進展

光電倍增管的縮寫為PMT，其是一種基于光電子發(fā)射、電子光學以及二次電子發(fā)射等理論，將微弱入射光轉變?yōu)楣怆娮油瑫r得到一定倍增的一種高靈敏性的增益器件。對于光探測領域而言，光電倍增管擁有著獨特超高的靈敏度，同時還擁有快速響應等眾多技術優(yōu)勢。而光電子技術一定會發(fā)展成新的知識經(jīng)濟，以此在新技術領域產(chǎn)生更多的生產(chǎn)力。

1 光電倍增管具有的特性

第一，暗電流。光電倍增管即使在沒有光入射的情況下，也有微弱電流流過。將其稱為暗電流。作為微小電流、微弱光使用的光電倍增管，希望暗電流盡可能小。因熱電子發(fā)射受到光陰極面的直接影響，因此使光電倍增管所具有的溫度加以降低，可以有效地降低暗電流。但是用冷卻法降低暗電流時，只能減到漏電電流的水平，并不是可以無限制的降低暗電流。

第二，時間特性。對時間分辨率有較高要求的試驗，要求時間特性一定要好。一般上升時間被定義為輸出脈沖高度值從10%達到90%的時間。下降時間則反之，輸出從90%回到10%的時間。在響應時間測試過程中，上升時間和下降時間測試條件很苛刻。脈沖輸出信號會發(fā)生波形失真的現(xiàn)象，容易引起誤差。而渡越時間是指從入射光入射到光陰極面起，到輸出脈沖出現(xiàn)為止的時間。

第三，穩(wěn)定性。穩(wěn)定性受到其自身特性、環(huán)境條件、光陰極面種類以及工作狀態(tài)等眾多因素所決定。造成光電倍增管出現(xiàn)輸出不穩(wěn)定現(xiàn)象的原因主要是光電倍增管內(nèi)殘余堿金屬、殘余氣體、焊接不良、接觸不良、跳火、結構松動以及極間放電等。北京濱松光子技術股份有限公司測試穩(wěn)定性時，使用連續(xù)入射光，記錄直流輸出信號隨時間的變化。一般，光電倍增管的穩(wěn)定性在工作初期變化較大，隨時間推移而穩(wěn)定。因此應用時建議先將光電倍增管穩(wěn)定（預熱）30分鐘后再進入工作狀態(tài)。

第四，脈沖線性，光電倍增管所具有的一個非常重要的指標便是脈沖線性，出現(xiàn)空間電流、電壓再分配、光電陰極所具有電阻率、信號電流導致的負載電阻出現(xiàn)負反饋等均會造成非線性狀況的發(fā)生。如果正常合理使用時，多數(shù)的光電倍增管可以實現(xiàn)在較大范圍內(nèi)進行線性工作。諸如北京濱松光子技術股份有限公司CR364型號的光電倍增管，當其輸出偏離2%時，脈沖線性可達100mA以上?？蓱糜诟吣芪锢矸矫娴难芯?。

2 光電倍增管應用研究進展

人們對于光電倍增管已經(jīng)研究了幾十年，其應用的范圍也較為廣泛，如光學、自動化等領域。隨著相關技術的進一步改革和發(fā)展，其生產(chǎn)工藝、設備、技術水平也會逐步隨著更新，在參數(shù)上也得到不斷提高。在此基礎之上，還會出現(xiàn)很多具有特殊結構和功能的光電倍增管。

楊昆（2013年）[1]提到，多陽極倍增管是一類新型光電輸出元器件，因其具有緊密空間構造、低噪聲以及高增益等獨特性能，使其在列探測器以及位置探測器中擁有著非常廣泛的使用，特別是采取金屬通道結構的倍增極結構之后，多陽極倍增管所具有的性能獲得了極大的改善，每條輸出存在的串擾不大于2%，已經(jīng)實現(xiàn)大量的應用在陣列探測器中。日本HAMAMATSU研制的R5900系列的金屬通道形式的倍增極結構是最為典型的器件，已經(jīng)在國際上取得了非常廣泛的應用。

買買提吐送?買買提明（2013年）[2]提到，任何生物都是一個發(fā)光源，只是由于不同生物發(fā)光的能力都相對較弱，人們?nèi)庋弁ǔ６伎床灰?，才會認為生物不會發(fā)光。一般光強在幾百光子以下時，被人們稱為是超微弱光。生物體所發(fā)出超微弱光的光強都是恒定不變的，如果光強發(fā)生了變化，則說明生物體發(fā)生了病變。因此，在醫(yī)學領域研究通過利用光電倍增管制作探測光強的儀器，并利用生物體的這種特性來測試生物體是否發(fā)生了病變。所制作出來的這種儀器通常都會將設備前端制作成一個暗室的形式，這主要是因為生物體所發(fā)出的光較為微弱。

表面污染監(jiān)測儀包含全身α、β表面污染監(jiān)測儀（C2門）、手足α、β表面污染監(jiān)測儀和便攜式α、β表面污染測量儀。之前該類產(chǎn)品采用的探測器為流氣式正比計數(shù)器，相比于閃爍計數(shù)器，其優(yōu)點是無本底。但由于需要充氣，需要攜帶儲存工作氣體的鋼瓶，進而對儀器工作壽命和便攜性帶來了不足?，F(xiàn)在表面污染監(jiān)測儀逐漸采用閃爍計數(shù)法，通過光電倍增管和復合閃爍體（塑料閃爍體+ZnS（Ag））來對監(jiān)測對象表面α、β進行計數(shù)，進而實現(xiàn)表面污染檢測。

北京濱松光子技術股份有限公司研制的小型端窗雙堿光電倍增管CR332型光電倍增管，采用環(huán)形聚焦+直線聚焦結構（Circular and Linear-focused ，C+L），這個結構兼具了環(huán)形聚焦結構的緊湊與直線聚焦良好的線性特性，并且迎合市場小尺寸便攜式表面沾污儀的需求。受到市場的一致好評。CR332型光電倍增管具有高增益、高信噪比、高穩(wěn)定性、時間響應快、低本底、能量分辨率好等諸多特性集于一身，主要應用于核輻射測量、液位監(jiān)測、核素識別、手腳表面沾污儀、體外診斷等。

3 結語

綜上所述，光電倍增管作為諸多領域研究的重要探測工具，諸如分析化學、天文學、分子物理學、醫(yī)學成像以及高能物理學等。隨著今后科技的不斷進步，光電倍增管能夠應用的領域也將不斷地擴大，而其對科技進步有著極大的推動作用。

參考文獻：

[1]Photomultiplier Tubes. HAMAMATSU （2015）.

[2]楊昆，劉新新，李曉葦.基于硅光電倍增管探測器的小動物正電子發(fā)射斷層成像裝置的研究進展[J].山東醫(yī)藥，2013，06（13）：95-96+98.