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时间门控时序选通拉曼光谱技术及背负式小型化远程拉曼光谱装备

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光散射学报 2024年第3期36卷 209-219页

作者：李翔陈洁茹王琰淇方吉祥西安交通大学生命科学与技术学院陕西西安710071

时间门控时序选通拉曼光谱技术是一种精准控制激光脉冲和探测器快门时序关系,从而进行时序选通收集拉曼信号,并抑制背景干扰的拉曼光谱技术。在远程拉曼探测领域,利用时间门控可以有效阻挡环境光,使拉曼光谱获得优异的信号/噪声比。本... 详细信息

时间门控时序选通拉曼光谱技术是一种精准控制激光脉冲和探测器快门时序关系,从而进行时序选通收集拉曼信号,并抑制背景干扰的拉曼光谱技术。在远程拉曼探测领域,利用时间门控可以有效阻挡环境光,使拉曼光谱获得优异的信号/噪声比。本文系统介绍了时间门控时序选通拉曼技术及其应用,其中重点关注了皮秒时间门控的技术特点与前景。最后,本文介绍了本团队自主研制的国内首台背负式小型化远程拉曼光谱装备,该装备在0~2 m内可探测到≤1μg, 13 m内可探测到≤1 mg的典型爆炸物和危险化学品目标物,在工业泄露监测、恐怖袭击预防和防爆排雷等公共安全预警与监测等方面有着广阔的应用前景。

关键词：时间门控拉曼皮秒远程小型化

基于单光子雪崩光电二极管的时间门控检测技术

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基于单光子雪崩光电二极管的时间门控检测技术

作者：吴普洋桂林电子科技大学

学位级别：硕士

单光子探测器凭借在光电检测领域的高灵敏度已被应用于众多领域之中。其中单光子雪崩光电二极管(Single Photon Avalanche Diode,SPAD)可以产生高增益的效果,在量子通讯、拉曼检测、雷达测距等领域得到广泛应用。本论文是基于单光子雪... 详细信息

单光子探测器凭借在光电检测领域的高灵敏度已被应用于众多领域之中。其中单光子雪崩光电二极管(Single Photon Avalanche Diode,SPAD)可以产生高增益的效果,在量子通讯、拉曼检测、雷达测距等领域得到广泛应用。本论文是基于单光子雪崩二极管和单光子时间相干计数器结合的时间门控检测系统,首先设计并搭建了一套基于门控淬灭的荧光寿命检测系统,并通过与主动淬灭方案相比证明门控淬灭具有更强的抑制后脉冲效果。门控淬灭方案是通过脉冲驱动电路调控同步电信号脉宽,实现不同脉宽来控制SPAD的光子检测,满足不同样品的测试需求。接着使用此门控淬灭系统测试罗丹明800的乙醇溶液的荧光寿命,并与自主搭建的主动淬灭系统和商业的稳态瞬态荧光光谱仪的测试结果进行详细的对比。结果表明对于稳定的短荧光寿命(寿命区间10ns以内)物质,门控淬灭方案凭借着极大的抑制后脉冲与暗计数的优势,可将测量误差抑制在1.2%左右,和主动淬灭利用淬灭芯片来控制SPAD的工作状态相比,误差降低了3倍以上。上述工作由于使用脉冲驱动电路而得到将近40ns左右的门控宽度,这对于需要消除背景荧光干扰的拉曼测试系统来说是远远不够。为了在时间维度上将拉曼信号与荧光信号分离,我们需要使用超窄门控来控制SPAD的光子检测。本文设计了一种超窄脉冲时间门控检测系统,其利用快速光电检测器将皮秒级的激光脉冲转换为电脉冲信号并将其放大和延迟,最后获得SPAD最小的探测时间在1ns左右。我们的实验首先通过该方案测量SPAD的探测效率,结果表明在400～800nm波段内可实现较高效率的光检测。接着通过光延迟器精密调整同步信号到达SPAD的时间,实现对拉曼荧光信号在时间维度上的量化分析。通过测试乙醇和罗丹明B的乙醇溶液的拉曼荧光信号,证明可通过时间门控方法可以有效实现对荧光信号的抑制,获得高拉曼荧光信噪比的测试。本课题研究证明基于SPAD的时间门控检测系统有潜力进行拉曼光谱检测。

关键词：单光子雪崩光电二极管时间门控后脉冲荧光寿命拉曼检测

同方学位论文库评论

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同方学位论文库

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基于单片机的活体成像箱系统自动化控制

仪器仪表与分析监测 2022年第4期 22-25页

作者：何文俊蔡昌新杨志超长江大学电子信息学院湖北荆州434023 南方科技大学生物医学工程系广东深圳518055

为了高效地进行活体生物成像实验,以及基于生物应用场景和成像仪器的开发要求,设计并实现了近红外二区活体成像箱的自动化控制。设计的主控模块为达芬奇开发板TKM32,实现自动化控制的主要元器件为数字舵机和步进电机。设计包括了时间门... 详细信息

为了高效地进行活体生物成像实验,以及基于生物应用场景和成像仪器的开发要求,设计并实现了近红外二区活体成像箱的自动化控制。设计的主控模块为达芬奇开发板TKM32,实现自动化控制的主要元器件为数字舵机和步进电机。设计包括了时间门控成像、自动化升降平台、光源跟随系统、自动调焦等。本系统的自动化实现为生物医学工程领域小动物活体成像实验的研究提供了助力。

关键词：活体成像时间门控 MicroPython Python嵌入式

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提高共焦拉曼光谱成像系统分辨率的技术分析

激光杂志 2018年第8期39卷 11-14页

作者：林坤张建寰厦门大学

生命科学的进展取决于新工具的开发。由于共焦拉曼是一种快速发展的非侵入式、三维成像的技术,因此得到广泛的关注、应用及研究,为各种领域的研究提供了有效的检测技术,但是对共焦拉曼系统的高空间分辨率的要求也越来越高。介绍了共焦... 详细信息

生命科学的进展取决于新工具的开发。由于共焦拉曼是一种快速发展的非侵入式、三维成像的技术,因此得到广泛的关注、应用及研究,为各种领域的研究提供了有效的检测技术,但是对共焦拉曼系统的高空间分辨率的要求也越来越高。介绍了共焦拉曼技术的发展和基本原理,介绍几种可以提高分辨率的方法,为研究如何提高共焦拉曼空间分辨率提供理论思路。

关键词：共焦拉曼分辨率光纤耦合时间门控超分辨率图像复原

基于多苯巯基苯的聚集诱导磷光分子探针的设计合成及传感应用

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基于多苯巯基苯的聚集诱导磷光分子探针的设计合成及传感应用

作者：徐敬浙江师范大学

学位级别：硕士

发光材料因其巨大的应用前景,一直以来都是科学界的研究热点。近年来,有机光电材料受到越来越多的国内外专家的关注而逐渐成为活跃的研究领域,其中聚集诱导发光(AIE)材料以其独特的优势更是成为科学家关注的焦点。迄今为止,AIE原理的应... 详细信息

发光材料因其巨大的应用前景,一直以来都是科学界的研究热点。近年来,有机光电材料受到越来越多的国内外专家的关注而逐渐成为活跃的研究领域,其中聚集诱导发光(AIE)材料以其独特的优势更是成为科学家关注的焦点。迄今为止,AIE原理的应用已经在一系列从生物成像、化学传感、光电子学到刺激反应系统的相关领域引发了重大进展。通过对AIE过程更深入的了解,可以有效控制光发射,在避免破坏性影响的同时更好地构建材料以满足不同的应用。比如构建的发光二极管材料可以在结构上适应特定的高科技应用,提高性能的同时减少不足。通过对AIE过程的研究发现,由于分子内的主动运动可以有效地耗散激子能量,而限制分子内运动(RIM)可以激活辐射跃迁,这给了我们在此领域更多的探索机会,许多迄今难以进入的领域也将成为可能。尽管科学家对AIE现象进行了大量的研究,但目前为止我们对AIE过程还有很多未知的领域急需要我们去研究和探索,更多基于AIE的应用有待我们去开发。在本文中,我们以六溴苯为原料设计并合成了一种具有显著聚集诱导磷光特征的新型双发光分子六(3-羟基-1-苯硫基)苯(HHPB)。研究发现,制备得到的这种独特分子不仅具有显著聚集诱导磷光(AIP)特征,而且可以以可控的方式实现单分子系统中磷光和荧光的可逆转换。在此基础上,我们将羧基功能基团修饰在HHPB分子上构建了功能化的分子探针,利用分子探针独特的聚集诱导发光性质,实现了离子的检测及在生物体活体中的成像。以下为本文研究的主要内容:(1)在有机溶剂中,通过有机合成制备得到了具有聚集诱导磷光特征的双发光分子六(3-羟基-1-苯硫基)苯(HHPB),该分子可以通过外部刺激如聚集态和pH值的改变实现磷光和荧光之间的可逆转换。研究结果表明,六(3-羟基-1-苯硫基)苯(化合物1,HHPB)的扭曲结构有助于其在聚集状态下产生有效室温磷光,并且当改变不同的条件时,该分子还可以显示出显著的蓝色荧光或绿色荧光。磷光和蓝色或绿色荧光之间的转换可以通过溶剂或pH值的变化控制HHPB的聚集状态来实现,而蓝色荧光和绿色荧光之间的转换可以通过调节分子的质子化状态来实现。结合实验进行的理论计算表明,分子独特的磷光性能除了归因于HHPB的扭曲结构外,还依赖于分子结构中适当大小的S和T或S的相邻T态的能隙获得的大量三重态激子,进而促进了强磷光的产生。(2)通过在六(4-羟基-1-苯硫基)苯(HHPB)分子中引入羧基,设计合成了一种新型的用于铝离子特异性检测的磷光分子探针,开发了一种基于长寿命的时间门控发光的检测新方法,并成功用于拟南芥生物活体的成像。在六(4-羟基-1-苯硫基)苯(HHPB)分子中羧基的引入不仅显著提高了水溶性,而且使其与Al的特异性络合成为可能。通过合成的{4-[五-(4-乙氧基羰基甲氧基-苯硫基)-苯硫基]-苯氧基}-乙酸钠(HHPB-6OCHCOONa)分子的聚集诱导发射(AIE)过程,实现了探针对Al的特异性识别,能够高效激发该分子的明亮磷光。机理研究表明HHPB-6OCHCOONa独特的分子结构使其对Al具有较高的选择性。据此构建的Al时间门控发光传感器不仅可以定量检测铝离子,而且还可以监测由铝离子触发的聚集诱导磷光(AIP)过程。综上所述,我们利用聚集诱导发光分子的性质,设计并合成了一种具有显著聚集诱导磷光特征的新型双发光分子,并通过外部刺激如聚集态和pH值的改变实现了磷光和荧光之间的可逆转换。在此基础上,通过在六硫代苯分子上羧基的修饰成功实现了铝离子特异性检测,并且进一步开发了用于铝离子的长寿命发射的时间门控发光检测新方法,同时拟南芥(Arabidopsis thaliana)为模型植物,进一步评估了其在活细胞中该探针对Al的成像性能。

关键词：聚集诱导磷光室温磷光铝离子时间门控生物成像