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作者：韦婧中国人民解放军军事医学科学院

学位级别：硕士

目的:生鲜牛乳中的体细胞是奶牛乳腺中的体细胞通过腺泡由血液渗入乳汁的。正常生鲜牛乳中的体细胞数(SCC)为20万个/ml0万个/ml,其中白细胞占98%,国际上规定50万个/ml的体细胞数为乳腺炎的基准,超过该指标时,奶牛患乳腺炎的可能性随之... 详细信息

目的:生鲜牛乳中的体细胞是奶牛乳腺中的体细胞通过腺泡由血液渗入乳汁的。正常生鲜牛乳中的体细胞数(SCC)为20万个/ml0万个/ml,其中白细胞占98%,国际上规定50万个/ml的体细胞数为乳腺炎的基准,超过该指标时,奶牛患乳腺炎的可能性随之增大。SCC作为原料奶的一项重要质量指标,一方面可以监控奶牛乳腺健康状况,另一方面,体细胞过高对牛乳成分和品质也会产生影响,牛乳体细胞检测是牛乳相关食品安全的技术保障。传统体细胞检测方法可分为直接和间接检测法两类:间接传统细胞检验技术是利用牛乳体细胞的物化特性进行测试,经济、简便但检测精度普遍较低;直接检测法中显微镜计数法是体细胞检测的金标准,但操作繁琐费时。基于单粒子探测原理的体细胞仪自动化程度高、快速准确,成为目前国内外研究的热点。但是由于生鲜牛乳作为一种多分散质乳浊液成分复杂,涉及样本前处理、探测光路和稳态液路等多个模块,因此基于单粒子探测原理的体细胞检测方法尚未完全发展成熟。综上,本课题首先开展生鲜牛乳样本荧光特性分析,然后对单粒子探测过程中涉及的光路和液路模块的优化方案进行讨论并试制样机,并完成样机的系统性能指标与计数准确性的评价测试,最终提出一套基于单粒子探测原理的体细胞检测标准流程,实现体细胞检测专用平台关键技术突破,为生鲜牛乳体细胞现场快速定量检测提供科学的解决方案。研究内容和研究方法:本文设计课题以生鲜牛乳中的体细胞作为探测目标,针对生鲜牛乳这一多分散质乳浊液,排除蛋白质、脂肪球以及其中可能存在的其它粒子荧光对体细胞的干扰,确定样本检测方案。在课题组现有单粒子探测技术研究的基础上,通过对体细胞单粒子探测系统中关键技术与模块单元实现方法的讨论,优化探测光路与稳态液路核心模块,并对体细胞检测系统平台进行工程化实现。对体细胞检测单粒子系统性能评价方法进行讨论并对相关指标进行测试,在各项指标均合格的条件下,完成计数准确性测试实验:以传统镜检法为对照,考察本系统是否可以实现对生鲜牛乳中体细胞的准确计数。具体研究方法和研究内容包括以下四个方面。1)生鲜牛乳荧光特性的分析和讨论:单粒子探测对所要分析的样品背景荧光有比较严格的要求,与目标物的荧光发射峰相近的自体荧光信号会影响检测结果。因此,课题通过检测生鲜牛乳的内源性荧光,借助荧光光谱对潜在的干扰物内源性荧光特性进行分析,找出影响体细胞单粒子探测的干扰波段。以自体荧光分析结果为生鲜牛乳中体细胞样本检测方案设计的理论基础,确定光源、染料和探测通道设置,以确保生鲜牛乳中体细胞的能被准确识别。2)体细胞单粒子探测系统中的光路模块关键技术研究:光路模块主要是整形光路与探测光路两部分。为获得厚度一定且能量密度呈高斯分布的线型光斑,需设计整形光路,然后基于ZEMAX光学仿真软件进行仿真,并根据仿真结果来指导光学平台的搭建,进行验证实验。体细胞单粒子探测通道的优化设计包括光收集和共焦降噪两部分,通过分析采集到的原始信号,优化探测通道参数设置,以提高探测通道收集效率和灵敏度。3)体细胞单粒子探测系统中的液路模块关键技术研究:针对单粒子探测系统中涉及的流动池和液体管路系统两部分进行优化设计。首先对鞘液流速参数进行探索性实验,确保流体在两级鞘液聚焦设计的流动池中以稳定的层流状态流动。然后设置不同的鞘液/样本液流速比,通过Fluent仿真观察其对聚焦后样本流直径的影响,分析聚焦效果最优的流速比值范围,并以稳定性最佳的液流流段作为激光检测段。管路系统优化则是对原管路模块存在的问题进行分析并改进,在每份样本检测结束时添加自动清洗机制,实现对流动池、管壁和进样针及时有效的双向清洗,减少牛乳样本液对管路的污染,降低系统携带污染率,确保检测结果的可靠性。4)体细胞单粒子探测系统性能评价方法研究与相关指标测试:体细胞单粒子探测系统的性能评价包括系统指标和计数准确性两部分。完成系统光路、液路优化后,将系统各模块联合装配,参考单粒子技术指标的一般要求,进行单粒子样机系统指标测试,主要包括分辨率、线性、灵敏度和携带污染率等指标,一方面对优化效果进行验证,另一方面,为牛乳样本的体细胞检测的可靠性提供支持与保证。在单粒子样机系统指标测试达标的情况下,以金标准显微镜计数和现有流式细胞仪为对照,进行不同浓度体细胞计数准确性对比实验。本课题通过以上四个方面开展研究工作,针对生鲜牛乳体细胞这一专项检查,提出标准检测流程,实现体细胞检测专用平台关键技术突破,为牛乳体细胞现场快速定量检测提供支撑。本文的创新点,一是在传统液力聚焦的基础上提出两级液力聚焦设计,提高了流体约束水平;二是形成了单激光单通道精简检测系统,在我国首次提出了一套基于单粒子探测原理的牛乳体细胞检测完整方法。结果:生鲜牛乳荧光特性实验结果:生鲜牛乳样本在30020nm激发下,自体荧光发射峰在525nm左右。选取405nm激光器和DAPI核酸荧光染料,对生鲜牛乳样本进行染色检测,体细胞发射的荧光峰在460nm左右,与牛乳

关键词：生鲜牛乳体细胞数单粒子探测模块优化性能指标评价

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基于微米空心波导的单粒子高效探测

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光学学报 2020年第3期40卷 177-182页

作者：张鹏飞李刚张天才山西大学光电研究所量子光学与光量子器件国家重点实验室山西太原030006 山西大学极端光学省部共建协同创新中心山西太原030006

提出一种用于高效率收集单粒子荧光的锥形空心波导探针。在理论上采用数值模拟得到了锥形空心波导探针对单粒子荧光的收集效率。通过优化探针几何尺寸可得,单粒子为径向偏振时探针对单粒子荧光的收集效率最高为25.3%,普遍高于利用高数... 详细信息

提出一种用于高效率收集单粒子荧光的锥形空心波导探针。在理论上采用数值模拟得到了锥形空心波导探针对单粒子荧光的收集效率。通过优化探针几何尺寸可得,单粒子为径向偏振时探针对单粒子荧光的收集效率最高为25.3%,普遍高于利用高数值孔径透镜的传统方法。综合发光粒子不同方向的偏振后可知,探针的平均收集效率可达21.7%,最优工作距离为0.75μm。此外,探针对单个粒子荧光的收集效率和工作距离对于粒子发射光的波长不敏感,故此探针可以用于对具有不同波长的各类粒子和宽谱发光粒子的高效率探测。此探针直径为微米量级,易于与其他微纳结构结合。此探针可用于单原子、单分子、量子点、金刚石色心等粒子的高效率探测,并有望进一步用于化学、生物微小发光体等的探测。

关键词：量子光学单粒子探测空心波导光与原子相互作用

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CAS-LIBB单粒子微束系统中的核探测技术

CAS-LIBB单粒子微束系统中的核探测技术

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第十四届全国核电子学与核探测技术学术年会

作者：陈连运许永建詹福如中国科学院等离子体物理研究所

单粒子微束装置是一种独特的辐射生物学研究工具,它能够精确控制穿过单个细胞的粒子数量。因此,它的核探测系统就有着一些特殊的要求。本文对CAS-LIBB单粒子微束系统的核探测技术进行了简单的介绍,该设计在实际使用中取得了比较理想的... 详细信息

单粒子微束装置是一种独特的辐射生物学研究工具,它能够精确控制穿过单个细胞的粒子数量。因此,它的核探测系统就有着一些特殊的要求。本文对CAS-LIBB单粒子微束系统的核探测技术进行了简单的介绍,该设计在实际使用中取得了比较理想的效果。

关键词：单粒子微束装置能谱探测单粒子探测

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光斑尺寸对单粒子倍性检测结果的影响

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军事医学 2016年第10期40卷 833-838页

作者：韦婧程智陈锋杜耀华李辰宇詹宁波吴太虎军事医学科学院卫生装备研究所天津300161 解放军302医院北京100039

目的探讨基于单粒子倍性检测技术中光斑与细胞的相对大小对细胞倍性分析结果的影响,确定合适的入射场光斑范围。方法首先,对影响单粒子细胞倍性检测结果的主要因素光斑厚度进行理论分析;然后借助ZEMAX进行光束整形系统设计,通过仿真以... 详细信息

目的探讨基于单粒子倍性检测技术中光斑与细胞的相对大小对细胞倍性分析结果的影响,确定合适的入射场光斑范围。方法首先,对影响单粒子细胞倍性检测结果的主要因素光斑厚度进行理论分析;然后借助ZEMAX进行光束整形系统设计,通过仿真以优化整形系统的参数;最后根据细胞粒径,确立目标光斑尺寸,搭建光学检测平台,获取一组厚度不同的光斑,分别进行细胞倍性检测。结果仿真和光学平台均获得了目标光斑,细胞倍性实验中,光斑厚度同时大于单核、双联体细胞时,平均荧光强度比值为2.03,符合倍性指标要求。结论以电压脉冲信号峰高表征荧光强度时,光斑与细胞的相对大小会影响倍性检测的准确性,光斑厚度必须同时大于单倍体与多倍体细胞,才能得到真实的倍性关系。

关键词：倍性染色体 DNA 荧光素细胞单粒子探测光束整形光斑尺寸

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金纳米棒标记的光纤生物传感器技术研究

金纳米棒标记的光纤生物传感器技术研究

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作者：李明中国科学院研究生院(长春光学精密机械与物理研究所)

学位级别：硕士

光纤消逝场传感器具有灵敏度高、结构简单、体积小、成本低的优势,一直是生物传感领域研究的热点。在实验和理论上,光纤生物传感器都取得非常不错的研究成果。目前限制光纤生物传感器发展的主要问题是:重复性和特异性。本文深入研究锥... 详细信息

光纤消逝场传感器具有灵敏度高、结构简单、体积小、成本低的优势,一直是生物传感领域研究的热点。在实验和理论上,光纤生物传感器都取得非常不错的研究成果。目前限制光纤生物传感器发展的主要问题是:重复性和特异性。本文深入研究锥形光纤生物传感器的原理和制作工艺,设计了微纳光纤耦合器的结构来提高传感器的重复性,提出了金纳米棒标记放大的方法增强纳米光纤生物传感器的特异性。论文的主要工作和结论如下:(1)从理论上分析锥形微纳光纤的模式传输特性,分析各因素对光纤传输光强的影响。采用工艺更为成熟的热拉伸法取代化学腐蚀法,搭建光纤拉锥平台,制备出形貌尺寸几何参数一致性好的锥形微纳光纤。(2)提出微纳光纤耦合器的结构提高光纤生物传感器的重复性。通过仿真计算得出此种传感器传输光强随外界折射率增大出现蓝移。将传感器用于PBS中前列腺特异抗原(PSA)的无标检测,检出限可达10 pg/mL,在测试范围内响应曲线具有较好的线性,易于定标,具有较好重复性。对10 ng/mL的羊IgG抗原进行传感器解离再生实验,证实传感器具有优良的再生性能,能够多次重复使用。(3)为提高锥形光纤生物传感器的灵敏度,特异性和信噪比,提出采用金纳米棒对锥形光纤进行修饰。从理论上分析了金纳米棒对锥形光纤传感器的信号放大机制。设计实验实现纳米光纤对单个20-50 nm金纳米棒粒子的探测。采用双抗夹心放大法,在PBS溶液中对羊IgG抗原检测,得到检测下限为0.02 ng/mL。金纳米棒标记放大的纳米光纤生物传感器增强了传感器的选择性和特异性,取得更高的信噪比。同时为多目标检测提供了一种解决方案,对锥形光纤生物传感器的实用化进程具有重大意义。

关键词：锥形光纤生物传感器单粒子探测微纳光纤耦合器金纳米棒

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