留言板

尊敬的读者、作者、审稿人, 关于本刊的投稿、审稿、编辑和出版的任何问题, 您可以本页添加留言。我们将尽快给您答复。谢谢您的支持!

姓名
邮箱
手机号码
标题
留言内容
验证码

2018年  11卷  第3期

综述
核酸功能化纳米探针在细胞荧光成像中的应用
郑爱仙, 张晓龙, 刘小龙
2018, 11(3): 363-376. doi: 10.3788/CO.20181103.0363
摘要:
核酸是携带遗传信息的物质,既存在于自然界中也能够通过成熟技术人工合成。通过体外筛选技术还可以筛选出具有特殊功能的核酸序列,例如核酸适体和脱氧核酶。核酸通过沃森-克里克碱基互补配对原则进行杂交,具有很强的专一性。无论是通过序列设计还是体外筛选,核酸探针在生物标志物的分析与成像应用方面都发挥着重要作用。纳米材料辅助构建核酸功能化纳米探针,可以保护负载的核酸探针不被核酸酶降解,并且无需转染试剂就能进入细胞,在细胞荧光成像应用上具有很大优势。为解决细胞内有些生物标志物含量低、难于检测的问题,目前已构建多种适用于细胞水平的成像信号放大方法来实现对低丰度生物标志物的高灵敏成像。本文主要综述了核酸功能化纳米探针在细胞荧光成像中的应用进展,包括反义寡核苷酸功能化纳米探针、核酸适体功能化纳米探针、脱氧核酶功能化纳米探针等,同时介绍了他们在成像信号放大中的应用。
双色荧光辐射差分超分辨显微系统研究
张智敏, 匡翠方, 王子昂, 朱大钊, 陈友华, 李传康, 刘文杰, 刘旭
2018, 11(3): 329-336. doi: 10.3788/CO.20181103.0329
摘要:
为了拓展荧光辐射差分(Fluorescence Emission Difference,FED)显微术的应用,使得该方法可以同时对生物样品的不同组织结构进行超分辨成像,本文对双色FED显微系统展开了研究。FED的基本原理是将实心光斑扫描得到的共焦显微图像减去空心光斑扫描得到的负共焦图像,以此获得超分辨显微图像。在对单色FED显微系统进行研究后,本文提出了一种可行的双色FED显微成像系统方案。实验结果表明,在488 nm和640 nm激发光下,该系统在荧光颗粒上分别实现了135 nm和160 nm的空间分辨率,另外也能对生物样品的不同组织进行多色同时超分辨显微成像,满足了实际应用的要求。
生物医学光子学在糖尿病视网膜病变中的应用进展
朱姗姗, 路交, 刘鹤南, 陈硕, 曾柱, 钱唯, 陈晓隆
2018, 11(3): 459-474. doi: 10.3788/CO.20181103.0459
摘要:
随着我国社会经济的发展及国人饮食、生活习惯的改变,糖尿病的发病率呈逐年上升趋势。糖尿病视网膜病变(Diabetic Retinopathy,DR)作为糖尿病最为常见的并发症,已成为视力下降甚至致盲的主要原因之一。通过对其早期诊断和及时治疗,超过50%的患者的视力损伤及致盲可得到预防。因此,研究DR的诊断和治疗方法具有重要的临床意义。由于眼部的结构及光学特性,生物医学光子学技术在DR的临床诊断和治疗中已得到了非常广泛的应用并且具有巨大的发展前景。本文综述了目前临床上用于DR诊断和治疗的主要生物医学光子学技术的原理及其最新应用进展,并分析对比了各个技术的特点,最后总结并展望了生物医学光子学技术在临床DR诊断和治疗的发展趋势。
微流控SERS芯片及其生物传感应用
王志乐, 王著元, 宗慎飞, 崔一平
2018, 11(3): 513-530. doi: 10.3788/CO.20181103.0513
摘要:
由于微流控芯片具有优异的集成性和灵活的可操作性,基于芯片上的检测方法被大量开发,发展十分迅速。其中,表面增强拉曼光谱(SERS)凭借其超高的灵敏度、独一无二的指纹谱和窄峰宽等特点成为一种广泛采用的检测手段。SERS微流控芯片集SERS检测技术与微流控芯片的优势于一体,一方面为SERS检测方法的重复性和可靠性提供了一个高效平台,另一方面推动了微流控芯片的功能拓展,在生物分子探测、细胞捕获乃至组织模拟等领域具有广阔的应用前景。本文在简要介绍SERS的原理及其生物传感应用的基础上,重点概述了SERS微流控芯片的构建及其在生物传感及检测中的应用,最后探讨了该研究方向存在的问题及发展方向。
Synthesis of chitosan-based polymer carbon dots fluorescent materials and application of self-assembled drug-loading
YU Shu-juan, CHEN Kuan, WANG Feng, ZHU Yong-fei
2018, 11(3): 420-430. doi: 10.3788/CO.20181103.0420
摘要:
Fluorescent carbon dots have the advantages of good chemical stability, low toxicity, and surface functionalization, which has caused concern. In recent years, polymer carbon dots synthesize by polymer polysaccharides have become a new research hotspot. In this paper, a chitosan-based fluorescent polymer carbon dot material is synthesized by hydrothermal method and used for drug-loading research. We choose chitosan-graft-polyethylene glycol monomethyl ether and citric acid derivatives as the carbon sources for the carbon dots, because chitosan and polyethylene glycol are both a carbon source for carbon dots and a passivation reagent for carbon dots. Then the quantum yield of the polymeric carbon dots is increased. Polymer carbon dots can also retain the molecular structure of polyethylene glycol and chitosan, providing favorable conditions for its application in drug loading. The structural characterization is performed on P(CS-g-mPEG-CA)CDs by IR, UV, X-ray diffraction, photoelectron spectroscopy, transmission electron microscopy and photoluminescence spectra and pH stability test is carried out. The results show that the synthesized P(CS-g-mPEG-CA)CDs has higher fluorescence quantum yield(66.81%), longer fluorescence lifetime(15.247 ns), and better pH stability. Using Doxorubicin as a model drug, a load study was conducted using this polymer carbon dot. The results show that if the degree of substitution of mPEG is 11.9%, the maximum loading rate of polymer carbon dots is 51.3% and the maximum drug release rate is 28.7%. In addition, we also found that drug loading and release could be controlled by the grafting rate of mPEG. In addition, the cytotoxicity of polymer carbon dots on nasopharyngeal carcinoma cells(CNE-2) is evaluated using an MTT assay. The study shows that there is no obvious cytotoxicity of blank P(CS-g-mPEG-CA)CDs, and that the survival rate of CNE-2 cells decreases with the increase of drug-loaded micelles. The results show that the P(CS-g-mPEG-CA)CDs have a certain application prospect in the aspects of fluorescence labeling, drug delivery, fluorescent tracer system and controlled release.
光纤生物传感器在HER3抗体药物定量检测中的应用
史健松, 于源华, 王美娇, 吴再辉, 石鑫, 张昊, 宫平, 嵇晓强
2018, 11(3): 503-512. doi: 10.3788/CO.20181103.0503
摘要:
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。
细胞膜伪装的纳米载体用于光热治疗的研究进展
昝明辉, 饶浪, 谢伟, 朱道明, 郄兴旺, 董文飞, 刘威
2018, 11(3): 392-400. doi: 10.3788/CO.20181103.0392
摘要:
纳米载体一直是肿瘤精准治疗的重要研究领域。其中以细胞膜伪装的纳米药物载体作为一种新颖的药物载体平台,在近年来已成为药物传递领域的研究热点。本文综述了不同种类细胞膜伪装的纳米载体应用于光热治疗的最新进展。将细胞膜与纳米材料结合起来,可进一步推进纳米载体的研究,这将对相关领域的发展产生重要影响。
氧化石墨烯的多色发光及其在荧光成像中的应用
陈健, 孟文潮, 凌枭, 邓胜松, 梅青松
2018, 11(3): 377-391. doi: 10.3788/CO.20181103.0377
摘要:
氧化石墨烯作为石墨烯的一种带隙打开的衍生物,极大地丰富了其光学性质,并拓展了它在传感和成像方面的应用,特别是氧化石墨烯限域的π共轭结构对构建发光碳材料提供了十分便利的条件。目前,有大量的研究工作报道了氧化石墨烯及其衍生物能够产生多种颜色的荧光信号,然而,系统地总结这些研究去揭示氧化石墨烯发光机理的相关工作还比较少。本文总结了关于发光氧化石墨烯纳米材料的合成及其在光学成像方面应用的大量研究工作,为进一步开发新型的发光氧化石墨烯材料提供一些建设性意见。
细胞内单颗粒示踪技术的进展
王德江, 狄香君, 王宝明, 王帆, 郭智勇, 金大勇
2018, 11(3): 281-295. doi: 10.3788/CO.20181103.0281
摘要:
单颗粒示踪(Single particle tracking,SPT)技术是应用显微镜系统对细胞内单个特定荧光或散射颗粒的定位和追踪。由于SPT能够实时监控活细胞内复杂、高度动态的组织结构的变化并提供结构—功能间的动力学关系,因此在细胞生物学上有重要的应用。本文总结了SPT的机理以及在细胞上的应用,首先介绍了SPT的动力学原理,包括单颗粒定位,轨道重建以及轨道分析,然后总结了SPT技术现阶段重点发展的光学材料及仪器,最后阐述了SPT在细胞膜、细胞内信号通路、分子转运机制、遗传信息表达以及病毒感染机制的应用。此外,本文还对SPT技术未来的发展进行了展望。
光交联技术的生物应用研究进展
孙瑞, 高银佳, 史海斌
2018, 11(3): 444-458. doi: 10.3788/CO.20181103.0444
摘要:
光交联反应作为一种快速、简单和时空可控的交联工具广泛地应用于化学、生物、医学和材料等不同研究领域。本文详细介绍了常用的小分子光交联基团的结构、分类及反应机理,重点综述了光交联技术在生物医学领域的应用研究,并对其应用前景进行了展望。目前大多光交联基团仅对紫外和可见光具有敏感性,紫外和可见光穿透力弱、组织吸收强和散射等问题严重限制了该技术在生物体内的应用研究。因此,进一步研究光交联技术在生物体系的应用和开发长波长光(如近红外或远红外光)介导的新交联技术对于药物研发和疾病诊疗具有重要的科学意义。
超分辨率成像荧光探针材料应用进展
刘志贺, 吴长锋
2018, 11(3): 344-362. doi: 10.3788/CO.20181103.0344
摘要:
为了进一步认知复杂环境中的细胞生物学过程,研究人员发展了各种各样的生物成像技术。在这些技术中,生物荧光成像因简单的成像条件以及对生物样品的相容性而得到了广泛的发展。然而,传统的荧光成像技术受到了光学衍射极限的限制,无法分辨低于200 nm的空间结构,阻碍了对亚细胞结构的生物学过程研究。超分辨荧光显微镜技术突破了传统光学衍射对成像分辨率的限制,能够获取纳米尺度的细胞动态过程。除了对传统的宽场荧光显微镜框架的改进及升级改造之外,目前典型的超分辨成像显微镜技术通常依赖于荧光探针材料的光物理性质。常用的荧光探针材料包括荧光蛋白、有机荧光分子和纳米荧光材料等。本文介绍了几种主流的超分辨荧光显微成像技术并总结了已经成功应用到超分辨生物荧光成像中的荧光探针材料的应用进展。
荧光碳量子点的制备与生物医学应用研究进展
郭振振, 唐玉国, 孟凡渝, 李力, 杨大威
2018, 11(3): 431-443. doi: 10.3788/CO.20181103.0431
摘要:
碳量子点是一类具有优异的荧光性能和高生物相容性的纳米材料,在很多领域有广泛的应用,是目前研究的热点材料。本文介绍了碳量子点不同的合成方法,以及碳量子点的荧光、化学发光、电化学发光、类过氧化物酶的活性及毒性等性能的最新研究进展。此外,还对碳量子点在生物传感、生物成像及药物传递等生物医学应用进行了概述。
Research progress of biosensors based on long period fiber grating
LI Qiu-shun, CAI Lei, MA Yao-hong, YANG Jun-hui, YANG Yan, MENG Qing-jun, SHI Jian-guo
2018, 11(3): 475-502. doi: 10.3788/CO.20181103.0475
摘要:
Long period fiber grating is a kind of passive optical device which is sensitive to the surrounding environment. Owing to without retroreflection, high sensitivity to refractive index, miniature size, easy integration, immunity to electromagnetic interference, non-corrosiveness, without the need of reference electrode, long period fiber grating based optical sensors have attracted much attention in the field of refractive index sensing. Since Bentley research group first used long period fiber gratings to detect antigens in 2000, long-period gratings have made great progress in the detection of biological substances in recent years and have been utilized for the detection of many biological substances such as antigen-antibody, bacterial viruses, proteins, DNA, enzymes, nucleic acids, and so on. In this paper, the research progress and applications of long period fiber grating in the biosensing field in recent years are summarized and reviewed, and the future development trend of long period fiber grating in biological detection is also prospected.
长时程双光子成像技术
徐依雯, 张运海, 杨皓旻, 刘创, 唐玉国
2018, 11(3): 337-343. doi: 10.3788/CO.20181103.0337
摘要:
双光子成像(Two-Photon Imaging)技术以其优越特性被广泛用于活细胞动态三维成像,但光功率极高的短脉冲光对焦平面荧光分子严重的光漂白极大地影响了双光子长时间成像的图像质量,针对双光子荧光漂白问题,本文提出一种优化光照的双光子(Optimized Lighting-Two Photon,OL-TP)成像技术。通过预扫描获取双光子图像分析高低阈值,以预设的高低阈值为标准优化一幅图像中不同区域的光照时长,利用扫描过程中记录的荧光信息和光照时间信息可以重建OL-TP图像,既保证信噪比又降低荧光漂白。重建的OL-TP图像与传统双光子图像基本一致,信噪比略有降低,但图像并未失真。对110 nm的荧光小球样本分别连续取30幅普通双光子和优化光照的双光子图像,到第30幅图时,重建后的优化光照双光子图像比普通双光子图像荧光漂白降低了28.86%。OL-TP通过优化光照时间大幅降低双光子成像的荧光漂白,使双光子荧光显微镜能够更好地对生物样本进行长时间观测。
Structured illumination super-resolution microscopy technology: review and prospect
CHEN Ting-ai, CHEN Long-chao, LI Hui, YU Jia, GAO Yu-feng, ZHENG Wei
2018, 11(3): 307-328. doi: 10.3788/CO.20181103.0307
摘要:
Structured illumination microscopy(SIM) is capable of providing super-resolution imaging. It breaks the diffraction limit by moving the high-frequency information of objects into the detectable frequency band of the optical imaging system via frequency mixing. Due to its attractive advantages, such as low intensity illumination, independence of particular fluorescent dyes, and rapid wide-field imaging capability, SIM has become the most popular technique for super-resolution imaging of living cells. This paper first systematically summarizes advances in the development of SIM and introduces corresponding principles at the same time. Then, two novel techniques of SIM developed by our group, including the single-photon excited super-resolution microscopy based on spectral unmixing and the two-photon excited super-resolution microscopy combined with adaptive optics, are particularly introduced in detail. At last, the recent applications and future directions of SIM in biological imaging are briefly discussed.
应用于生物医疗领域的碳纳米点及其复合物
王晓筠, 李波, 陈力, 李迪, 曲松楠, 李志民
2018, 11(3): 401-419. doi: 10.3788/CO.20181103.0401
摘要:
碳纳米点作为新兴的碳纳米材料,具备制备成本低、尺寸小、低毒、生物相容性高、水溶性好、易修饰、光物理性质独特等诸多优点,在生物医疗领域展现了独有的优势和应用前景。由于具有丰富的表面官能团,碳纳米点可以与靶向配体、医学影像造影剂、核酸、化学药物、光敏剂、光热转换试剂等功能性诊断治疗试剂相互作用形成复合物。目前,碳纳米点及其复合物在医学影像、基因治疗、化学药物治疗、光热、光动力治疗等生物医学诊断治疗领域的应用正在被广泛的开发和报道。这些工作对开发基于碳纳米点的医学诊断治疗试剂及其临床推进具有重要意义,为推进人类重大疾病的个体化、可视化、非入侵式、小损伤的诊断治疗提供一种新的药物体系。本文将关注应用于诊断治疗领域的碳纳米点及其复合物的设计、构建及性能研究,对已报道的基于碳纳米点的诊断治疗试剂在生物医疗领域的研究进展进行总结和讨论。
新型多光子成像技术研究进展
石玉洁, 张广杰, 陆政元, 应亚宸, 贾荟琳, 席鹏
2018, 11(3): 296-306. doi: 10.3788/CO.20181103.0296
摘要:
相比于传统的光学成像技术,近年来获得快速发展的新型多光子成像技术具有穿透深度大,组织光损伤小,信噪比高,且可方便进行光学层析成像的特点,故而被广泛应用于包括脑、肿瘤、胚胎在内的多种活体组织成像中。本综述回顾了新型多光子成像技术的诞生与发展历程,包括微型化双光子成像技术、双光子内窥技术和三光子成像技术,概括分析了其基本原理与成像特点,讨论了这一领域具有代表性的最新研究成果,重点总结了其在生物学基础研究领域和临床医学诊断中的主要应用,并展望了其未来的应用与发展前景。可以预见,随着激光器和光探测技术的不断进步,多光子成像技术将会得到更大的发展与更加广泛的应用。