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基于主成分分析的多重定量PCR荧光串扰校正

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光谱学与光谱分析 2024年第4期44卷 1151-1157页

作者：王鹏王振亚汪舜张杰张哲杨天航王弼陡罗刚银翁良飞张翀宇李原中国科学技术大学生物医学工程学院(苏州) 生命科学与医学部江苏苏州215163 中国科学院苏州生物医学工程技术研究所工程化研究中心江苏苏州215163 重庆国科医创科技发展有限公司分子诊断中心重庆400700

聚合酶链式反应(PCR)是分子生物学常用的检测手段,主要用于对生物的DNA或RNA进行检测。由于荧光光谱重叠和滤光片过滤带宽限制,检测时所获得的荧光数据通常会包含荧光通道之间的串扰,串扰的存在使PCR结果分析变得复杂,并可能影响最终的... 详细信息

聚合酶链式反应(PCR)是分子生物学常用的检测手段,主要用于对生物的DNA或RNA进行检测。由于荧光光谱重叠和滤光片过滤带宽限制,检测时所获得的荧光数据通常会包含荧光通道之间的串扰,串扰的存在使PCR结果分析变得复杂,并可能影响最终的检测结果。选择合适的光学元件,并确定通道间的补偿矩阵,可以降低甚至消除荧光串扰。目前荧光补偿矩阵大多通过迭代计算获得,还没有一种简单的方法可以从混合的多通道荧光数据中找到荧光补偿矩阵。为了快速获得荧光补偿矩阵,减小计算量,采用主成分分析法(PCA)中确定主成分的方式,基于搭建的测试平台进行单一染料实验,获得染料的荧光信号在各个检测通道的分布情况,计算得到荧光补偿矩阵。通过分析补偿矩阵,发现对于搭建的硬件系统,Cy5染料对Cy5.5通道串扰较大,串扰比例为8.76%,同时Cy5.5染料对Cy5通道串扰影响也相对较大,比例约为6.2%;其次是ROX染料对HEX通道串扰,比例约为2.68%;HEX染料对FAM通道串扰,比例约为1.58%;FAM染料对HEX通道串扰相对较小,比例约为0.25%,其余通道无明显串扰,与荧光光谱反映的结果一致。采用得到的荧光补偿矩阵对单一染料实验得到的原始荧光数据进行处理,有效去除了非目标通道的荧光串扰,实现了荧光通道数据的解耦,验证了方法的可行性。最后设计了染料颜色分辨实验,将不同浓度的多种染料进行组合测试,并采用所提出的方法将得到的数据进行荧光补偿。实验结果表明,荧光通道各自的线性相关性较高,五个荧光通道的线性相关系数r均大于0.99,该结果进一步验证了该补偿方法的有效性。

关键词：聚合酶链式反应(PCR)检测光谱分析主成分分析多重荧光检测荧光串扰荧光分离

H9胚胎干细胞源细胞外囊泡促进子宫内膜损伤修复的研究

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中国病理生理杂志 2024年第8期40卷 1497-1504页

作者：陈芷琪马靖姜咏竹马官荣杨邦亚王斓茜方廖琼王智彪重庆医科大学生物医学工程学院超声医学工程国家重点实验室重庆400016 重庆生物医学工程学重点实验室重庆400016

目的:探究H9人胚胎干细胞(H9-hESCs)细胞外囊泡(EVs)对子宫内膜损伤修复的影响。方法:从H9-hESCs培养上清中提取EVs并鉴定。建立小鼠子宫内膜损伤模型,将其双侧子宫分为EVs实验组和PBS对照组,分别进行EVs和PBS注射,HE染色观察子宫内膜... 详细信息

目的:探究H9人胚胎干细胞(H9-hESCs)细胞外囊泡(EVs)对子宫内膜损伤修复的影响。方法:从H9-hESCs培养上清中提取EVs并鉴定。建立小鼠子宫内膜损伤模型,将其双侧子宫分为EVs实验组和PBS对照组,分别进行EVs和PBS注射,HE染色观察子宫内膜组织病理学变化、免疫组化法分析增殖细胞核抗原(PCNA)表达情况。通过EdU法、Western blot法评估EVs对人子宫内膜基质细胞(hEndoSCs)增殖的影响。结果:H9-hESCs-EVs是粒径为(144.7±2.1)nm并且具有膜结构的纳米小体,表达CD63和TSG101特征蛋白。与PBS组相比,EVs实验组子宫内膜组织形态完整、厚度及腺体数量增加,EVs实验组PCNA表达的平均光密度较PBS组显著升高(P<0.05)。EdU、Western blot检测结果显示H9-hESCs-EVs促进hEndoSCs增殖,且与EVs呈现蛋白浓度正相关(P<0.05)。结论:H9-hESCs-EVs通过提高子宫内膜基质细胞增殖促进子宫内膜损伤修复。

关键词：胚胎干细胞细胞外囊泡子宫内膜子宫内膜基质细胞细胞增殖

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用于荧光显微技术的多波长激光耦合系统

光学精密工程 2024年第3期32卷 324-332页

作者：周旻超王振亚方懿罗刚银张哲孙晓洁复旦大学工程与应用技术研究院上海200433 中国科学院苏州生物医学工程技术研究所江苏苏州215163

为了满足荧光显微镜技术对多波长单模耦合输出激光的需求,研究了400~680 nm内多波长激光耦合进单模光纤的技术,设计了三片式耦合透镜组很好地消除了不同波长耦合时的色差以提高耦合效率,同时考虑光纤耦合调试难度大的问题,设计了能快速... 详细信息

为了满足荧光显微镜技术对多波长单模耦合输出激光的需求,研究了400~680 nm内多波长激光耦合进单模光纤的技术,设计了三片式耦合透镜组很好地消除了不同波长耦合时的色差以提高耦合效率,同时考虑光纤耦合调试难度大的问题,设计了能快速简单完成耦合调节的耦合光纤部件结构以及耦合调试的方法,通过实验测试荧光成像常用的4种波段激光(405,488,561,638 nm),耦合效率均大于65%。实验结果达到了较高的光纤耦合水平,证明该多波长激光耦合器性能优异。同时,由于耦合器装调简单且成本低,本文的工作具有进一步商业化的价值,且为多波长单模耦合激光器国产化打下了坚实的基础。

关键词：荧光显微技术单模激光耦合多波长激光光纤耦合

抗GPC3单链抗体细菌外膜囊泡的制备及其肝细胞癌靶向性的鉴定

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生物工程学报 2024年第7期40卷 2258-2269页

作者：杨邦亚邓雨霏马官荣方廖琼白晋重庆医科大学生物医学工程学院超声医学工程国家重点实验室重庆400016 重庆医科大学重庆市生物医学工程学重点实验室重庆400016

本研究旨在制备抗磷脂酰肌醇蛋白聚糖3 (glypican-3,GPC3)单链抗体的细菌外膜囊泡(outer membrane vesicles,OMVs),分析其在体内外对Hep G2肝癌细胞及组织的靶向效果。通过合成Hbp-h GC 33-sc Fv基因并连接至p ET28a表达载体,构建重组... 详细信息

本研究旨在制备抗磷脂酰肌醇蛋白聚糖3 (glypican-3,GPC3)单链抗体的细菌外膜囊泡(outer membrane vesicles,OMVs),分析其在体内外对Hep G2肝癌细胞及组织的靶向效果。通过合成Hbp-h GC 33-sc Fv基因并连接至p ET28a表达载体,构建重组表达质粒p ET28a-Hbp-h GC 33-sc Fv;采用免疫印迹法检测原核表达的融合蛋白Hbp-h GC 33-sc Fv,确定其最适诱导条件;采用超滤浓缩法收集重组表达菌株分泌的外膜囊泡(Hbp-h GC 33-OMVs)并进行表征;采用免疫电镜技术分析Hbp-h GC 33-sc Fv在细菌及Hbp-h GC 33-OMVs的定位情况;采用免疫荧光法观察其与Hep G2细胞的结合效果。建立Hep G2荷瘤小鼠模型,通过活体荧光成像系统观察Hbp-h GC 33-OMVs在小鼠肿瘤部位的靶向滞留情况。结果显示,融合蛋白的实际分子量为175.3 k Da,最佳诱导条件为在OD600=0.5时加入0.5 mmol/L IPTG于16℃低温诱导过夜。Hbp-h GC 33-OMVs平均粒径为(112.3±4.6) nm,具有不规则球形结构,表达外膜囊泡标记蛋白Omp C、Omp A和融合蛋白Hbp-h GC 33-sc Fv。与野生型wt OMVs相比,Hbp-h GC 33-OMVs组对Hep G2细胞的结合效果更强(P=0.008)。活体成像显示,Hbp-h GC 33-OMVs组能快速精准地靶向肿瘤部位。抗GPC3单链抗体细菌外膜囊泡的成功制备为肝细胞癌的特异性靶向治疗奠定了实验基础。

关键词：磷脂酰肌醇蛋白聚糖3 单链抗体细菌外膜囊泡肝细胞癌靶向治疗

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结构光照明超分辨荧光与旋转相干散射双模态成像

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激光与光电子学进展 2024年

作者：孙玮刘更亮文刚陈晓虎梁永李辉中国科学技术大学生物医学工程学院(苏州)生命科学与医学部中国科学院苏州生物医学工程技术研究所江苏省医用光学重点实验室

超分辨荧光成像方法可以对不同亚细胞器进行纳米尺度的结构观测，其特异性来源于荧光标记，无标记成像方法避免了染色过程对样品本身带来的可能影响，但是丧失了特异性，因此二者具有互补性，各自有其独特的优势和应用范围。在同一仪器... 详细信息

超分辨荧光成像方法可以对不同亚细胞器进行纳米尺度的结构观测，其特异性来源于荧光标记，无标记成像方法避免了染色过程对样品本身带来的可能影响，但是丧失了特异性，因此二者具有互补性，各自有其独特的优势和应用范围。在同一仪器集成两种不同的成像技术将拓宽其应用场景。本文结合结构光照明超分辨显微技术（Structured illumination microscopy, SIM）和旋转相干散射显微成像技术（Rotating coherent scattering, ROCS），搭建了一套可以在两种模式之间任意切换的双模态显微成像系统。使用荧光微球标准样品和PANC-1胰腺癌细胞样品对系统进行了测试，在SIM和ROCS通道分别得到了111nm和145nm的空间分辨率，并且可以达到100Hz左右的成像速度。该系统具备高时空分辨率的荧光和无标记成像功能，为细胞生物学的研究提供了更多的便捷与可能。

关键词：超分辨显微成像无标记显微成像结构光照明显微镜旋转相干散射显微技术

结合贝叶斯推理和局部多项式拟合的增强区域增长算法在超声弹性成像中的应用

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中国生物医学工程学报 2024年第1期43卷 39-48页

作者：文烁杰周竞宇周文俊姜劲枫彭博西南石油大学计算机与软件学院成都610500 美国密歇根理工大学生物医学工程系密歇根州霍顿市49931

超声应变弹性成像是一种非侵入性评估组织硬度的成像方式,临床上常用于乳腺、前列腺以及腹部器官的检查。位移跟踪是其中的重要环节,块匹配方法是位移跟踪的常用方法,但是在成像过程中因为探头超出平面的运动或者无关的生理运动导致信... 详细信息

超声应变弹性成像是一种非侵入性评估组织硬度的成像方式,临床上常用于乳腺、前列腺以及腹部器官的检查。位移跟踪是其中的重要环节,块匹配方法是位移跟踪的常用方法,但是在成像过程中因为探头超出平面的运动或者无关的生理运动导致信号去相关,常产生跳峰误差,导致这类方法产生的位移和应变图像质量较差。本研究提出一种将贝叶斯推理和局部位移拟合纳入区域增长运动估计框架中的运动跟踪算法(BRGMT-LPF)以解决上述问题。首先用最大后验概率值代替传统的互相关值,然后利用来自相邻匹配块的信息来正则化当前估计的位移,最后通过多项式拟合相邻位移值更新异常位移值获取最终位移。为验证本研究方法的有效性,评估本研究方法、区域生长运动跟踪算法(RGMT)、带局部多项式拟合的区域生长算法(RGMT-LPF)和仅带贝叶斯推理的区域生长算法(BRGMT)在计算机数字体模数据、在体数据上的追踪性能。结果表明,在通过有限元软件和FIELD II模拟的10对超声数据上,BRGMT-LPF获得了最低的平均绝对误差(MAE)0.1699(降低0.25%)和最高的对比度噪声比(CNR)1.1625(提高4%);从经病理证实的乳腺肿瘤病人体内采集的16对在体数据上,BRGMT-LPF获得了最高的CNR,为1.50(最少提高0.37%)和最高的运动补偿互相关(MCCC)0.84(最少提高9.4%)。本研究的初步结果表明,所提出的方法可用于提高超声弹性成像的图像质量以及基于位移的模量重建。

关键词：贝叶斯推理局部多项式运动跟踪超声应变弹性成像乳腺成像

基于定位数据的全景超分辨图像交互可视化框架

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计算机研究与发展 2024年第7期61卷 1741-1753页

作者：王晨泽沈雪豪黄振立王政霞海南大学计算机科学与技术学院海口570228 海南大学信息与通信工程学院海口570228 海南大学生物医学工程学院海口570228

超分辨定位成像和全景数字病理结合,为研究人员观察整个样本的亚细胞结构提供了有力工具,同时也带来了全景超分辨图像海量数据可视化的挑战.然而,现有的超分辨图像可视化方法无法处理大规模定位数据、不能提供高分辨全景图像和无法交互... 详细信息

超分辨定位成像和全景数字病理结合,为研究人员观察整个样本的亚细胞结构提供了有力工具,同时也带来了全景超分辨图像海量数据可视化的挑战.然而,现有的超分辨图像可视化方法无法处理大规模定位数据、不能提供高分辨全景图像和无法交互可视化全景图像.针对以上问题,提出了一个基于定位数据的全景超分辨图像交互可视化框架,称为PNanoViewer,旨在普通计算机上实现大规模定位数据的快速交互可视化.该框架基于随机采样策略构建定位数据的多分辨率层级结构,以交互方式可视化多尺度全景超分辨图像;同时采用分块策略和多线程并行策略,分批次处理大规模定位数据,既防止内存溢出又加快了处理速度.从数千万到数亿个定位点数据集上的实验结果表明,PNanoViewer框架能够可视化任意规模的定位数据.将该框架与目前3种流行的超分辨图像可视化方法PALMsiever,ThunderSTORM,QCSTORM从数据量、分辨率和速度3个方面进行对比,PNanoViewer都具有明显优势.同时也为大规模定位数据的可视化提供了一个有益的探索.

关键词：交互可视化大规模定位数据全景超分辨图像全景数字病理多分辨率层级结构

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历史记忆的形成:大脑记忆与共情神经网络的互动——一项历史学与脑科学的交叉研究

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数字人文研究 2024年第1期4卷 42-57页

作者：尤淑君沈婷张露月唐文新赖欣怡浙江大学历史系浙江大学医学院系统神经与认知科学研究所美国哥伦比亚大学生物医学工程研究所浙江大学医学院附属精神卫生中心及杭州市第七人民医院

记忆是历史学研究的核心,并因其主体差异,分为个体历史记忆、群体历史记忆、群体与群体之间的文化历史记忆,而大脑的“共情”功能会引发“感同身受”的情绪,得以连接起三种记忆。研究对不同学历、性别和历史知识水平的被试者开展实验,... 详细信息

记忆是历史学研究的核心,并因其主体差异,分为个体历史记忆、群体历史记忆、群体与群体之间的文化历史记忆,而大脑的“共情”功能会引发“感同身受”的情绪,得以连接起三种记忆。研究对不同学历、性别和历史知识水平的被试者开展实验,利用任务态功能磁共振成像技术,观察被试者观看战争图片时的大脑反应,揭示了高级认知功能网络、视觉信息处理网络及负性情绪脑区激活水平的变化。被试者在观看抗日战争图片组时,大脑中负责“共情”的核心区域与调控区域的激活水平显著增加,直接调动了大脑的“历史记忆”,突显出历史教育的重要性——加强群体间的文化性记忆的联系,从而强固国家认同感与爱国情怀。此外,不同性别与受教育程度的被试者,在大脑激活水平上也存在显著差异,受教育水平高的女性大脑呈现出的“共情”水平最为活跃,更能表现出“同仇敌忾”的态度。研究不仅展现了个体差异在感知历史事件中的重要性,也证明了历史记忆在维系社会共识与凝聚群体上的作用。

关键词：历史记忆共情认知功能抗日战争任务态功能磁共振

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清除活性氧用丝素水凝胶

功能高分子学报 2024年第2期37卷 102-112页

作者：聂渡邵俊俊颜子健陈济添林乃波厦门大学材料学院生物材料系生物医学工程福建省高校重点实验室厦门市生物医学工程技术研究中心福建省特种先进材料重点实验室福建厦门361005 厦门大学深圳研究院广东深圳518000

在甲基丙烯酸缩水甘油酯(GMA)修饰的丝素(SF)溶液中添加聚(3,4-亚乙二氧基噻吩)-聚(苯乙烯磺酸)(PEDOT:PSS)和聚多巴胺纳米颗粒(PDA),通过紫外光(UV)引发聚合制备得到导电水凝胶PEDOT:PSS/PDA/SF。采用扫描电子显微镜(SEM)和对比实验研... 详细信息

在甲基丙烯酸缩水甘油酯(GMA)修饰的丝素(SF)溶液中添加聚(3,4-亚乙二氧基噻吩)-聚(苯乙烯磺酸)(PEDOT:PSS)和聚多巴胺纳米颗粒(PDA),通过紫外光(UV)引发聚合制备得到导电水凝胶PEDOT:PSS/PDA/SF。采用扫描电子显微镜(SEM)和对比实验研究了水凝胶的结构、特征物理量(流变性能、吸水和膨胀性能、力学性能)以及活性氧的清除能力。结果表明:水凝胶具有均匀的三维网络结构、良好的拉伸和压缩性能,且其杨氏模量与人体软组织的杨氏模量接近。该水凝胶材料具有一定的导电性,有利于伤口愈合,同时,其活性氧(ROS)清除能力良好。

关键词：抗氧化活性氧丝素聚多巴胺水凝胶

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