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生物光学成像技术范文1
[关键词]单分子检测；全内反射荧光显微术；绿色荧光蛋白；实时观测
[中图分类号]R 782[文献标志码]A[doi]10.3969/j.issn.1673-5749.2012.04.026
Single-molecule detection technology and its application of experimental metastasis of human salivary tu－morTian Tian, Li Shu.（Dept. of Periodontics, Stomatological Hospital of Shandong University, Jinan 250012, China; Shandong Provincial Key Laboratory of Oral Biomedicine, Jinan 250012, China）
[Abstract]Single-molecule detection（SMD）directly explores the essence of macro presentation by detect scale of nanometer scalar which can review every unit of the heterogeneous group and identify, classify, measurable compare its subgroups. SMD can sensitively detect small probability event or minority aim molecules of the biology system. This paper reviews total internal reflection fluorescence and applications in the life sciences.
[Key words]single-molecule detection；total internal reflection fluorescence；green fluorescent protein；realtime observation
全内反射荧光显微术（total internal reflection fluorescence，TIRFM）是近年来新兴的一种光学成像技术，可用来实现对单个荧光分子的直接检测。
本文以TIRFM为例，对单分子检测（singlemolecule detection，SMD）技术和光学分子成像技术在人涎腺肿瘤实验性转移中的应用作一综述。
1全内反射荧光显微术
TIRFM[1]利用了全内反射产生的隐失波照明样品，使照明区域限定在样品表面百纳米级厚的薄层范围内，有效控制激发体积，因此具有其他光学成像技术无法比拟的高信噪比和对比度。
至今，TIRFM已广泛用于生命科学研究，特别在SMD中，已成为当今最具前途的生物光学显微技术之一。
1.1全内反射的基本理论
全内反射是一种普遍存在的光学现象，一束平面光波从玻璃表面进入到溶液中，界面上会同时发生反射和折射，并且存在一个临界角。当入射角继续增大到大于临界角时，光不再透射进溶液，即发生了全反射。从几何光学的角度来看，当光发生全反射时，光会在玻璃界面上完全反射而不进入液体溶液中。实际上，由于波动效应，有一部分光线会穿过界面渗透到溶液中，平行于界面传播，这部分光场就是所谓的隐失波。隐失波的频率与入射光线的频率相同，其强度随临界面的垂直距离呈指数衰减。由于隐失波仅沿着临界面极薄的一层范围内传播，所以利用隐失波照明样本，可以仅激发紧贴近盖玻片的一薄层范围（100～300 nm）内的荧光基团，不激发更深层溶液中的荧光基团，因此极大地提高了显微成像的信噪比和对比度，使得所呈图像的分辨率得到了显著改善。
1.2全内反射中的荧光探测
在单分子的荧光探测中，最关键的问题是如何减少背景光的干扰，使单分子的光信号超过背景光信号而被探测到。近年来，探测设备的超灵敏化使得在生理状况下荧光探测生物单分子成为现实。全内反射显微成像是采用隐失波照明的，隐失波的特点是在平行界面方向以行波场方式传播，在垂直界面方向则是一个指数衰减场。所以这种显微成像技术成像的视野开阔，同时探测样品的厚度却很薄，约为百纳米量级，可以将背景光减小到极低的水平。对于生物大分子而言，如蛋白质和核酸，为了加强信号的强度，每一个分子要用很多个相同的荧光团来标记。
1.3TIRFM的应用
1.3.1活细胞中的单分子成像单分子成像技术能够定量检测活细胞内单个信号发放分子的定位、运动、翻转以及复合物的形成等，可作为阐述细胞中信号发放机制的有效方法。TIRFM因其独特的照明方式，背景荧光极低，较之其他生物成像技术而言，在活细胞中的单分子成像中更显优越性。TIRFM单分子成像技术也可用来检测活细胞中绿色荧光蛋白或黄色荧光蛋白标记的蛋白质分子[2]。
1.3.2生物大分子的相互作用TIRFM单分子成像技术可用于监测RNA聚合酶与DNA、葡聚糖与葡糖基转移酶以及其他蛋白质的相互作用[3-4]。此外，Yao等[5]使用TIRFM单分子成像技术，实时监测了在液/固界面上发夹型分子信标DNA探针杂交反应的动力学过程。
1.3.3酶反应3, 4亚甲基二氧基甲基苯丙胺可导致人或动物模型中血清素的长期消耗，降低血清素载体的功能。Kivell等[6]利用TIRFM和活细胞共聚焦显微镜观察到了3, 4亚甲基二氧基甲基苯丙胺作用下，色氨酸转运体从细胞表面到细胞内的再分配过程。
1.3.4离子通道离子通道是一种位于细胞膜上由蛋白质单个分子或分子复合体构成的充满水的微小孔道，它的开放与关闭控制着细胞内外的离子交换。目前，离子通道构象与功能的相互关系的详细机制还不清楚。Ide等[7]将荧光标记的离子通道掺入琼脂包被玻璃上的平板脂质双层中，并用物镜型TIRFM进行观察。该技术与荧光共振能量转移或双屏光学系统结合，能够进一步观察离子通道与其配体的相互作用，也可在体外同时跟踪离子通道的构象变化和离子电流。
1.3.5DNA转录近年来，TIRFM被用于直接观察基因的表达过程[8-9]。研究人员将单RNA聚合酶分子进行荧光标记，观察到了其在DNA表面的滑动运动，这为寻找启动基因的滑动机制提供了直接证据。当RNA聚合酶与DNA的启动基因结合时，转录过程就开始了。
2分子光学成像在人涎腺肿瘤实验性转移中的应用
肿瘤本身具有病因多样复杂、病程长短不一、症状表现各异、易于扩散转移以及死亡率高等特点，因此，对实验动物肿瘤模型的应用和需求比一般疾病更多、更全面。利用免疫缺陷动物建立人体肿瘤的高转移模型，是研究肿瘤转移机制和抗转移治疗的重要实验工具，国内外学者在这方做了大量研究和探索，但理想的转移模型并不多。
转移是恶性肿瘤的生物学特性之一，是绝大多数肿瘤患者治疗失败和死亡的主要原因之一。通过复制人类肿瘤动物模型，可研究肿瘤的发生发展过程并阐明肿瘤的转移机制。目前肿瘤转移模型主要有两种[10]：自发转移模型和实验转移模型。近年来，分子成像技术的发展使得对小动物肿瘤模型实时非侵入活体成像已成为可能[11]。其中光学成像具有许多优点：非电离低能量照射、高灵敏度、无放射试剂、成像系统费用低[12]，这些都适用于小动物肿瘤研究。绿色荧光蛋白（green fluorescent protein，GFP）作为新一代报告基因，已经广泛应用于生物医学的各个领域。基于GFP的活体荧光成像可用于发现肿瘤发生发展的细胞和分子机制，并进行非侵入性活体评价抗肿瘤药物的疗效[13]。Yang等[14]利用整体光学成像系统对表达GFP的肿瘤进行了荧光成像，记录了肿瘤转移过程，分辨率可达到单个荧光细胞。他们同时建立了多种荧光蛋白标记的肿瘤模型，通过监测荧光强度反映了肿瘤的大小和位置，并对肿瘤的生长、转移和消退等特性进行了活体研究。这在一定程度上实现了对肿瘤治疗效应的活体监测和评价。整体光学成像是一种非侵入的外部成像技术，对软组织器官和骨转移癌的检测非常灵敏和快速。目前，已建立了肺癌、黑色素瘤、结肠癌等多个原位GFP肿瘤的整体荧光成像的动物模型，并利用其进行抗肿瘤生长、转移和血管生成的活体药物的筛选和评价[15]。
国内在此方面的研究内容集中于肿瘤生长，少见相关转移的报道。金鹰等[16]利用整体光学成像系统对GFP标记的皮下肿瘤进行了简单观察，但其并没报道皮下肿瘤连续生长过程中的荧光图像。熊涛[17]通过脂质体转染和细胞筛选，成功建立了表达增强型GFP的人涎腺癌细胞株，为研究肿瘤光学成像提供了内源性的光学信号。建立了GFP标记肿瘤的尾静脉注射实验转移模型以及原位种植转移模型，并对模型动物进行了整体荧光成像研究。整体荧光成像系统对裸鼠直接行荧光成像，并且实时非侵入地记录了涎腺肿瘤生长和转移的过程。实验中对5只原位注射了人涎腺癌细胞的裸鼠进行胸腔解剖观察发现，其中4只的肺部可获得清晰的GFP荧光图像，同时还观察到原位肿瘤转移至骨骼和膀胱处。
3展望
随着SMD研究的飞速发展，人们已将研究方法从宏观的统计分析扩展到对微观个体的离散研究，将研究对象从简单体系推广到复杂生物体系，力图在分子水平上阐述蛋白质、DNA等生物分子的结构与功能的关系等问题。如何实现对活细胞或体内环境的实时观测，是单分子成像研究的热点。
4参考文献
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生物光学成像技术范文2
【关键词】人工复眼 成像系统 微透镜阵列
【中图分类号】TH74 【文献标识码】A 【文章编号】1674-4810（2014）25-0014-02
目前，光学成像和探测系统被广泛应用于工业生产和日常生活中。与此同时，随着应用领域的拓展与应用市场的细分，对光学探测系统的性能提出了越来越高的要求，比如在军事、监测等方面，需要光学成像系统在满足大视场角的同时尚需小型化甚至微型化。而传统单孔径、单光轴成像系统满足大视场角要求是以牺牲系统体积和复杂性为代价，难以同时兼顾。近年来，受昆虫独特复眼结构的启发，国内外的一些学者已经开始进行了仿昆虫自然复眼的人工复眼研究工作。目前，一些人工复眼的研究成果已应用于雷达系统、微型飞行器、舰艇搜索与跟踪系统、精确制导武器、夜视设备、微型复眼相机、运动机器人等国防和民用领域中。本文对人工复眼的研究现状进行了综述，并展望了其发展前景。
一 生物复眼的基本类型
根据成像原理的不同，生物复眼主要分为并列型和重叠型两种。并列型复眼如图1（a）所示，这种复眼的感光细胞和小眼具有“一对一”的对应关系，即每一感光细胞所接收的光线只是它对应的一个小眼在其视场范围内所收集的光线。重叠型复眼如图1（b）所示，其特点为：每一感光细胞可接收由若干个小眼所折射过来的光线。或者说，每一个光接收器都可以同时接收到来自多个角膜透镜视场范围的光线；同时，每一个角膜透镜所收集的不同方向的光线可以传播到多个光接收器上。因此，可以将此结构描述为感光细胞和小眼的“多对多”的对应关系。
（a）并列型复眼 （b）重叠型复眼
图1 生物复眼的成像原理
二 人工复眼的研究现状
同传统光学系统相比，无论是重叠型复眼或并列型复眼都具有体积小、重量轻、视场大、灵敏度高等优点，因而引起了研究者的极大兴趣。并列型复眼由于结构简单，因而研究较多。重叠型复眼由于结构较为复杂，单个感光细胞所接收到的光能量会受到多个小眼所收集到的光能量的影响，而且单个小眼收集的光能又可传送至多个感光细胞，多对多的成像机理比较复杂，对其严格的理论分析尚不多见。
依据成像系统的结构特点，目前的人工复眼主要分为两种类型：平面型和曲面型。基于微加工工艺的发展水平，最先出现的是平面型人工复眼成像系统。随着工艺水平的提高，
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研究者们提出了基于曲面的复眼成像系统，并且曲面复眼成像系统较于平面型的优势也逐渐显现出来，诸如大视场、边缘成像质量高等。下面将分别介绍这两类人工复眼系统。
1.平面型人工复眼
第一，TOMBO复眼系统（Thin Observation Module by Bound Optics，TOMBO）。2001年，日本研究小组基于并列型复眼成像原理提出了TOMBO复眼成像系统。其结构主要由三部分组成：微透镜阵列、隔离层、感光探测器阵列，如图2所示。隔离层的功能是使微透镜与感光探测器实现一一对应，即通过每一个微透镜的光只能传播到相对应的一个光电探测器上。因为TOMBO系统的各部分组件完全分离制作，该系统具有结构紧凑、方便组装、视场大等优点。
图2 TOMBO系统原理图 图3 APCO复眼的平面模型
第二，APCO复眼系统（Artificial Apposition Compound Eye Objective，APCO）。2004年，德国研究小组的JACQUES提出并制作了人工并列型复眼成像系统APCO。APCO系统与TOMBO系统在结构上类似，二者都采用了平面结构，并将微透镜阵列、用于光隔离的金属孔洞阵列和感光器阵列三者结合起来实现成像功能。但与TOMBO系统不同的是，APCO系统的微透镜阵列与孔洞阵列被制作在同一块玻璃基片的两侧（如图3所示），而且感光器阵列与它们紧密相连。APCO系统结构紧凑，进一步减小了系统厚度，但对制作精度有较高要求。后来，该小组继续对APCO系统进行了一些改进。
图4 簇眼成像原理
第三，簇眼（Cluster Eye）。2004年，JACQUES小组还提出了基于重叠型复眼成像原理的簇眼结构。该系统仍然采用了平面结构，整个系统由3个不同功能的微透镜阵列和感光接收阵列组成。透镜阵列1的功能主要是将信号光束聚焦于中间像面上，透镜阵列2位于中间像面上，与场镜的作用一样，将离轴光线压缩传送至下一阵列，透镜阵列3将中间像面的过渡像投影重组到光接收器阵列。图4为该重叠复眼的成像原理简图。
2.球面人工复眼（Spherical Artificial Compound Eye，SACE）
2006年，我国长春光机所的张红鑫等人将曲面场镜阵列引入曲面复眼成像系统，使复眼边缘视场的成像质量得到了提高，且视场角得到了加大。图5是张红鑫等人设计的单层曲面型和三层曲面型人工复眼成像系统。
（a）单层曲面 （b）三层曲面
图5 曲面复眼模型
2007年，JACQUES小组在研究平面型复眼的基础之上，对基于球面的光学复眼进行了仿生设计。该复眼由两个主要部分构成，如图6所示，上部分由一个凹球面透镜和基于该凹球面的微透镜阵列组成；下部分由凸透镜和基于该凸透镜表面的金属镀膜层组成，其中
金属镀膜层上具有孔洞阵列，物体发出的光线通过凹球面上的微透镜后聚焦在凸面上的孔内成像。
三 结束语
当前，人工复眼的一些研究成果已在国防尖端装备和民用工业领域内得到了应用。但是，受微光学加工技术、装调水平和复眼图像的融合处理技术等的限制，现有的人工复眼结构还比较简单粗糙，成像质量和分析监测能力尚未达到令人满意的地步。但随着研究者们对生物复眼的结构和工作原理认识的进一步深入，以及微细加工技术和信息处理技术的进步，人工复眼的应用将会越来越广泛。
参考文献
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生物光学成像技术范文3
[关键词]医学影像技术；发展；热点
The Past， Present and Future of Medical Imaging Technology and Equipment
Abstract： With progress of technology medical imaging technology makes considerable development and the position in the medical field will be even more important .this paper shows the developing process of medical imaging technology ，the achievement of medical imaging technology accomplished during the recent years and discuss what will be the next hot area.
Key words：medical imaging technology；develop；hot area
宇宙之万物，无不由分子组成。而组成分子的原子，则是由原子核和围绕原子核旋转的电子组成。人们通过对分子，原子的研究， 终于在1895年伦琴发现了X-ray，这是20世纪医学诊断学上最伟大的发现。X-RAY透视和摄影技术作为最早的医学影像技术，直到今天还是使用最普遍且有相当大的临床诊断价值的一种医学诊断方法。医学影像技术主要是应用工（程）学的概念及方法，并基于工（程）学原理发展起来的一种技术手段（包括原理、方法、装置及程序），其实医学影像技术还是医学物理的重要组成部分，它是用物理学的概念和方法及物理原理发展起来的先进技术手段。医学影像信息包括传统X线、CT、MRI、超声、同位素、电子内窥镜和手术摄影等影像信息。它们是窥测人体内部各组织，脏器的形态，功能及诊断疾病的重要方法。随着医疗卫生事业的发展，以胶片为主要方式的显示、存储、传递X-ray摄像技术已不能满足临床诊断和治疗发展的需求，医疗设备的数字化要求日益强烈，全数字化放射学、图像导引和远程放射医学将是放射医学影像发展的必然趋势。
1 传统摄影技术在摸索中进行
1.1 计算机X线摄影
X射线是发展最早的图像装置。它在医学上的应用使医生能观察到人体内部结构，这为医生进行疾病诊断提供了重要的信息。在1895年后的几十年中，X射线摄影技术有不少的发展，包括使用影像增强管、增感屏、旋转阳极X射线管及断层摄影等。但是，由于这种常规X射线成像技术是将三维人体结构显示在二维平面上，加之其对软组织的诊断能力差，使整个成像系统的性能受到限制。从50年代开始，医学成像技术进入一个革命性的发展时期，新的成像系统相继出现。70年代早期，由于计算机断层技术的出现使飞速发展的医学成像技术达到了一个高峰。到整个80年代，除了X射线以外，超声、磁共振、单光子、正电子等的断层成像技术和系统大量出现。这些方法各有所长，互相补充，能为医生做出确切诊断，提供愈来愈详细和精确的信息。在医院全部图像中X射线图像占80%，是目前医院图像的主要来源。在本世纪50年代以前，X射线机的结构简单，图像分辨率也较低。在50年代以后， 分辨率与清晰度得到了改善，而病人受照射剂量却减小了。时至今日，各种专用X射线机不断出现，X光电视设备正在逐步代替常规的X射线透视设备，它既减轻了医务人员的劳动强度，降低了病人的X线剂量；又为数字图像处理技术的应用创造了条件。随着计算机的发展数字成像技术越来越广泛地代替传统的屏片摄影现阶段，用于数字摄影的探测系统有以下几种: （1）存储荧光体增感屏[计算机X射线摄影系统（computer Radiography.CR）]。(2)硒鼓探测器。（3）以电荷耦合技术（charge Coupled Derices.CCD）为基础的探测器 。（4）平板探测器（Flat panel Detector）a:直接转换（非晶体硒）b：非直接转换（闪烁晶体）。这些系统实现了自动化、遥控化和明室化，减少了操作者的辐射损伤。
1.2 X-CT
CT的问世被公认为伦琴发现X射线以来的重大突破，因为他标志了医学影像设备与计算机相结合的里程碑。这种技术有两种模式，一种是所谓“先到断层成像”（FAT），另一种模式是“光子迁移成像”（PMI）。
1.3 磁共振成像
核磁共振成像，现称为磁共振成像。它无放射线损害，无骨性伪影，能多方面、多参数成像，有高度的软组织分辨能力，不需使用对比剂即可显示血管结构等独特的优点。
1.4 数字减影血管造影
它是利用计算机系统将造影部位注射造影剂的透视影像转换成数字形式贮存于记忆盘中，称作蒙片。然后将注入造影剂后的造影区的透视影像也转换成数字，并减去蒙片的数字，将剩余数字再转换成图像，即成为除去了注射造影剂前透视图像上所见的骨骼和软组织影像，剩下的只是清晰的纯血管造影像。
2 数字化摄影技术日臻完善
1981年6月在布鲁塞尔召开的第15届国际放射学会学术会议上，首次提出了数学化X线成像技术的物理概念及临床应用结果。使医学影像技术步入了数字化的新纪元。事实上，医学影像技术的数字化趋势在近10多年已渐趋明晰。时至1998年，体现国际医学影像技术最高水平的“北美放射学年会”，不论从学术报告及展览中均体现出医学影像设备的数字化是大势所趋。
数字X射线摄影的成像技术包括成像板技术、平行板检测技术和采用电荷耦合器或CMOS器件以及线扫描等技术。成像板技术是代替传统的胶片增感屏来照相，然后记录于胶片的一种方法。平行板检测技术又可分为直接和间接两种结构类型。直接FPT结构主要是由非品硒和薄膜半导体阵列构成的平板检测器。间接FPT结构主要是由闪烁体或荧光体层加具有光电二极管作用的非品硅层在加TFT阵列构成的平板检测器。电荷耦合器或CMOS器件以及线扫描等技术结构上包括可见光转换屏，光学系统和CCD或CMOS。
3 成像的快捷阅读
由于成像方法的改进，除了在成像质量方面有明显提高外，图像数量也急剧增加。例如随着多层CT的问世，每次CT检查的图像可多达千幅以上，因此，无法想象用传统方法能读取这些图像中蕴含的动态信息。这时在显示器上进行的“软阅读”正在逐渐显示出其无可比拟的优越性。软拷贝阅读是指在工作站图像显示屏上观察影像，就X线摄影而言这种阅读方式能充分利用数字影像大得多的动态范围，获取丰富的诊断信息。 4 PACS的广阔发展空间
随着计算机和网络技术的飞速发展，现有医学影像设备延续了几十年的数据采集和成像方式，已经远远无法满足现代医学的发展和临床医生的需求。PACS系统应运而生。PACS系统是图像的存储、传输和通讯系统，主要应用于医学影像图像和病人信息的实时采集、处理、存储、传输，并且可以与医院的医院信息管理系统放射信息管理系统等系统相连，实现整个医院的无胶片化、无纸化和资源共享，还可以利用网络技术实现远程会诊，或国际间的信息交流。PACS系统的产生标志着网络影像学和无胶片时代的到来。完整的PACS系统应包含影像采集系统，数据的存储、管理，数据传输系统，影像的分析和处理系统。数据采集系统是整个PACS系统的核心，是决定系统质量的关键部分，可将各种不同成像系统生成的图象采入计算机网络。由于医学图像的数据量非常大，数据存储方法的选择至关重要。光盘塔、磁带库、磁盘陈列等都是目前较好的存储方法。数据传输主要用于院内的急救、会诊，还有可以通过互联网、微波等技术，以数据的远距离传输，实现远程诊断。影像的分析和处理系统是临床医生、放射科医生直接使用的工具，它的功能和质量对于医生利用临床影像资源的效率起了决定作用。综上所述，PACS技术可分为三个阶段，（1）用户查找数据库；（2）数据查找设备；（3）图像信息与文本信息主动寻找用户。
5 新型技术----分子影像
随着医学影像技术的飞速发展，在今天已具有显微分辨能力，其可视范围已扩展至细胞、分子水平，从而改变了传统医学影像学只能显示解剖学及病理学改变的形态显像能力。由于与分子生物学等基础学科相互交叉融合，奠定了分子影像学的物质基础。Weissleder氏于1999年提出了分子影像学的概念：活体状态下在细胞及分子水平应用影像学对生物过程进行定性和定量研究。
分子成像的出现，为新的医学影像时代到来带来曙光。基因表达、治疗则为彻底治愈某些疾病提供可能，因此目前全世界都在致力于研究、开创分子影像与基因治疗，这就是21世纪的影像学。 新的医学影像的观察要超出目前的解剖学、病理学概念，要深入到组织的分子、原子中去。其关键是借助神奇的探针--即分子探针。到目前为止，分子影像学的成像技术主要包括MRI、核医学及光学成像技术。一些有识之士认为；由于诊治兼备的介入放射学已深入至分子生物学的层面，因此，分子影像学应包括分子水平的介入放射学研究。
6 学科的交叉结合
交叉学科、边缘学科是当今科学发展的趋势。影像技术学最邻近的学科应为影像诊断学。前者致力于解决信息的获取、存储、传输、管理及研发新的技术方法；后者则将信息与知识、经验结合，着重于信息的内容，根据影像做出正常解剖结构的辨认及病变的诊断。两者相辅相成，互为依托。所以，影像技术学的发展离不开影像诊断学更密切地沟通与结合将为提高、拓展原有成像方式及开辟新的成像方式做出有益的贡献。医用影像诊断装置用于详细地观察人体内部各器官的结构，找出病灶的位置毫克大小，有的还可以进行器官功能的判断 。还有医用影像诊断装备情况，已成了衡量医院现代化水平的标志。
7 浅谈医学影像技术的下一个热点
医疗保健事业在经济上的窘迫使得90年代以来，成为一个没有大规模推广一种新的影像技术的、相对沉寂的时期，延续了一些现有影像技术的发展，使得他们中至今还没有一种影像技术能对影像学产生巨大的影响。随着科技的发展，最近逐渐发展起来的一批有希望的影像技术。如：磁共振谱（MRS），正电子发射成像（PET）单光子发射成像（SPECT），阻抗成像（EIT）和光学成像（OCT或NRI）。他们有可能很快成为大规模应用的影像技术，将为脑、肺、乳房及其他部位的成像提供新的信息。
7.1 磁源成像
人体体内细胞膜内外的离子运动可形成生物电流。这种生物电流可产生磁现象，检测心脏或脑的生物电流产生的磁场可以得到心磁图或脑磁图。这类磁现象可反映出电子活动发生的深度，携带有人体组织和器官的大量信息。
7.2 PET和SPECT
单光子发射成像（SPECT）和正电子成像（PET）是核医学的两种CT技术。由于它们都是接受病人体内发射的射线成像，故统称为发射型计算机断层成像（ECT）。ECT依据核医学的放射性示踪原理进行体内诊断，要在人体中使用放射性核素。ECT存在的主要问题是空间分辨率低。最近的技术发展可能促进推广ECT的应用。
7.3 阻抗成像（EIT）
EIT是通过对人体加电压，测量在电极间流动的电流，得到组织电导率变化的图像。 目的在于形成对体内某点阻抗的估计。这种技术的优点是，所采用的电流对人体是无害的，因而对成像对象无任何限制。这种技术的时间分辨率很好，因而可连续监测实际的应用，已实现以视频帧速的医用EIT的实验样机。
7.4 光学成像（OTC或NIR）
近期的一些实质性的进展表明，光学成像有可能在最近几年内发展成为一种能真正用于临床的影像设备。它的优点是：光波长的辐射是非离子化的，因而对人体是无伤害的，可重复曝光；它们可区分那些在光波长下具有不同吸收与散射，但不能由其它技术识别的软组织；天然色团所特有的吸收使得能够获得功能信息。它正在开辟它的临床领域。
7.5 MRS
MRS是一种无创研究人体组织生理化的极有用的工具。它所得到的生化信息可与人体组织代谢相关联，并表明它正常组织的方式有差别。目前MRS还没有常规用于临床，但已有大量技术正在进行正式适用。
上述的几个先进的技术，究竟哪一个能成为医学影像技术的热点，我们认为应要有最大效益、安全和经济是最为重要的。在逝去的20世纪，医学影像技术经历了从孕育、成长到发展的过程，回顾过去可以断言它在防治人类疾病及延长平均寿命方面是功不可没的。在一切“以人类为本”的21世纪中，人们将继续用医学影像技术来为人们的健康服务。
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生物光学成像技术范文4
生物芯片技术具有并行、快速和自动化分析的特点,应用前景引人注目,已成为现今生物医学工程的重要组成部分。生物芯片技术包括:基因芯片即DNA芯片、蛋白质芯片或叫生物分子芯片、细胞芯片和组织芯片以及药物芯片、生物电子芯片等技术。
蛋白质是一切生命的物质基础,到目前为止,已知的人体中存在的蛋白质种类达数十万种之多,其功能各异,在机体中各行其职。蛋白质的组成具有多样性和可变性,蛋白质的表达受多种因素的调控。在生命发育的不同阶段,蛋白质的种类和构成都是不一样的,不同组织中细胞表达的蛋白质有很大的差异;在病理或治疗过程中,细胞蛋白质的组成及其变化与正常过程中的也有不同。因此,蛋白质的研究是在一个更加深入、更贴近生命本质层面上去探讨和发现生命活动的规律,揭示生理和病理现象的本质。随着人类对于蛋白质的认识,为了解人体的健康状况,进一步诊断和治疗疾病,识别和检测蛋白质是一种非常重要的技术手段。
国际上绝大多数蛋白质芯片技术采用了标记方法(包括荧光标记法、酶标记法等)。标记方法的优势非常明确,但是也存在一定的不足,比如:(1)蛋白质分子不具有均一的化学性质,使得标记方法很难成为定量分析方法;(2)被标记蛋白质分子生物活性受到一定的影响;(3)对已知的数十万种蛋白质分子进行化学标记所耗费的财力、物力难以想象。因此无标记蛋白质芯片检测技术(如表面等离子体共振技术及其衍生技术、反射干涉光谱技术、椭偏光学成像技术等)应运而生,这些技术的优势在于采用单一无标记试剂即可检测溶液中的靶分子,很好地避免了标记所带来的问题。光学蛋白质芯片系统是探测和研究蛋白质的新技术。此方法将高分辨率的光学显微成像技术和集成化多元蛋白质芯片技术相结合,形成了新型并行、快速生物分子识别和检测技术。它无需预处理和标记样品,对生物活性影响小,还可以检测生物分子反应的动力学参数,从而获得很多传统技术所难以提供的信息,有望用于生物医学研究、健康预测、临床诊断、新药筛选和鉴定以及生物工业流程中的活性监测等。
2蛋白质芯片研究的主要内容及研制过程
概括地讲,蛋白质芯片技术主要包括以下5部分内容:(1)芯片设计。根据待测分析物及靶分子设计芯片的结构和操作流程。(2)配基装配。将具有生物特异性识别的配基分子有效组装在芯片的既定位置,并保持其生物活性。(3)芯片反应器。是配基分子与待测物反应的空间环境,可以对反应条件进行调控。(4)芯片信号采样和处理。将分子相互作用的结果读出,并转化成可视物理信号,由此反推出待测物的信息。(5)芯片数据库。提供芯片的历史数据和基本参数,供对比和参考。
生物光学成像技术范文5
【摘要】
目的： 评价荧光2N［7硝基苯2乙二酸，34羟氨基］(2［N(7nitrobenz2oxa1，3diazol4yl)amino］，NBD)标记2脱氧葡萄糖（2deoxyglucose，2DG）即2NBDG，靶向探测高表达葡萄糖转运蛋白1（Glut1）的MDAMB231乳腺癌细胞可行性。 方法： 2NBDG分别孵育接种在6孔板里的人乳腺癌MDAMB231细胞1，10，20，40 min后，荧光显微镜观察并摄像；为了进行竞争性抑制，用D型葡萄糖预先孵育细胞30 min后再加入2NBDG孵育20 min，荧光显微镜观察并摄像。同时用流式细胞仪分析孵育不同时间及有无竞争抑制的细胞吸收2NBDG量的差异。结果： 荧光成像显示2NBDG积聚在 MDAMB231细胞膜和细胞质内，加入D型葡萄糖竞争抑制后，荧光信号显著减弱；流式细胞仪分析表明最初的1 min 2NBDG被肿瘤细胞迅速摄取（MDAMB231细胞自发荧光强度为2.66±0.09，2NBDG孵育1 min后荧光强度为4.04±0.18），10 min时吸收持续增加（荧光强度为5.64±0.17），20 min吸收最明显（荧光强度为25.10±0.57）；加入D型葡萄糖竞争抑制后，细胞摄取2NBDG的荧光强度降低46%。结论: 2NBDG能迅速被高表达Glut1的MDAMB231乳腺癌细胞靶向吸收，有望成为葡萄糖代谢的光学标记物来检测高代谢的恶性肿瘤。
【关键词】 乳腺癌细胞； 2NBDG； 荧光成像； 流式细胞仪
［Abstract］Objective: To assess the feasibility of 2deoxyglucose labeled with the fluorescence(2［N(7nitrobenz2oxa1，3diazol4yl)amino］，NBD) which is 2NBDG， as a targeting probe for detecting breast cancer cells which highly expresses Glucose transporter1(Glut1). Methods： MDAMB 231 cells which were grown in 6well plates incubated by 2NBDG for 1 min，10 min，20 min and 40 min respectively，and the result were analyzed by fluorescence microscopy imaging. For competitive inhibition， the cells were preincubated by Dglucose for 30 minutes before adding 2NBDG incubated for 20 minutes， then the result were analyzed by fluorescence microscopy imaging.Also，the amount differences of absorption of 2NBDG among cells incubated for different time and with or without competitive inhibition compared by flow cytometry. Results: Fluorescence microscopy imaging displayed 2NBDG accumulated in MDAMB 231 cells membrane and cytoplasm， and the fluorescent signal markedly dropped as adding free D glucose for competitive inhibition. Flow cytometry analysis of 2NBDG uptake displayed rapid uptake for the first one minute(the Fluorescence background of MDAMB231 cells was 2.66±0.09， incubation with 2NBDG for 1 minute was 4.04±0.18)， the absorption of 2NBDG incubation for 10 minutes continued to increasely(fluorescence intensity was 5.64±0.17)， the most obvious absorption was incubation for 20 minutes(fluorescence intensity of 25.10±0.57)，and addition of D glucose reduced the fluorescence intensity by 46%. Conclusion: The preliminary data clearly demonstrate 2NBDG was taken up and accumulated in breast cancer cells，and may be used as a optic probe for glucose uptake in hypermetabolism malignant cells.
［Key words］breast cancer cells；2NBDG； fluorescence imaging； flow cytometer
传统影像技术如CT、MRI、超声诊断恶性肿瘤主要是通过辨别肿瘤形态学的改变来实现的。众所周知，恶性肿瘤在发生形态学改变之前，细胞代谢已明显改变。Warburg［1］最早证明了糖酵解增加是大多数恶性肿瘤的一个典型特征，因此肿瘤细胞葡萄糖摄取明显增加［2，3］。恶性肿瘤细胞过表达葡萄糖转运体（glucose transporter，Glut）主要是Glut1，以满足葡萄糖代谢需要。18FFDG PET成像就是利用恶性肿瘤的这一特征，目前已广泛用于肿瘤的诊断、分期及疗效监测［4］。尽管放射性核素成像有高敏感性、定量、可监测疗效等诸多优点，但也存在低空间分辨率、高费用及辐射损伤等缺点。光学成像不涉及任何电离辐射，而且具有价廉及高分辨率的优点，目前已有用于小动物光学成像的设备，用于人体的光学成像设备也指日可待。以肿瘤细胞Glut1为靶点用2脱氧葡萄糖（2DG）荧光类似物探测肿瘤葡萄糖代谢的光学成像研究在国外报道较多［5-7］，国内尚未见报道。部分大城市报告乳腺癌占女性恶性肿瘤首位，早期诊断是提高乳腺癌患者生存率、改善其生活质量的关键。因此，本研究探索用2DG荧光类似物2NBDG孵育高表达Glut 1的乳腺癌MDAMB231细胞，并通过荧光显微镜及流式细胞仪观察分析2NBDG靶向乳腺癌MDAMB231细胞的效果。
1 材料与方法
1.1 主要材料及仪器
人乳腺癌MDAMB231购自中科院上海细胞生物学研究所；DMEM细胞培养基购自Gibcol公司；胎牛血清购自杭州四季青公司；2NBDG购自Invitrogen公司；流式细胞仪(FACS Calibur，BD 公司)；荧光显微镜(TE300，Nikon公司)。
1.2 方法
1.2.1 2NBDG孵育乳腺癌细胞后的荧光成像
1×105 MDAMB231细胞种在6孔板中培养48 h，磷酸盐缓冲液（phosphate buffered saline，PBS）洗3次， 100 μmol/L 2NBDG 37℃孵育1，10，20，40 min后冰PBS洗3次进行荧光显微镜观察、摄像。为了进行竞争性抑制，预先加入50 mmol/L D葡萄糖37℃孵育30 min，再加入100 μmol/L 2NBDG 37℃孵育20 min，冰PBS洗3次，进行荧光显微镜观察、摄像。各时间组及D葡萄糖抑制组实验样品数为3个，实验重复3次。
1.2.2 流式细胞仪定量检测乳腺癌细胞吸收2NBDG
1×105 MDAMB231细胞种在6孔板中培养48 h后PBS洗3次，100 μmol/L 2NBDG 37℃分别孵育MDAMB231细胞1，10，20 min，冰PBS洗3次。胰酶消化收集细胞，流式细胞仪检测。为了进行竞争性抑制，预先加入50 mmol/L D型葡萄糖37℃孵育MDAMB231细胞30 min后再加入100 μmol/L 2NBDG 37℃孵育20 min，冰PBS洗3次，胰酶消化收集细胞，流式细胞仪检测。各时间组及D葡萄糖抑制组实验样品数为3个，实验重复3次。
1.2.3 统计学分析
用SPSS 17.0 统计软件，乳腺癌细胞自发荧光强度及各时间组摄取2NBDG的平均荧光强度采用单因素方差分析，进一步两两比较采用LSDt检验；多组方差齐性检验用Levene法。2NBDG 孵育20 min组的平均荧光强度及加入D型葡萄糖竞争性抑制组的平均荧光强度数据采用两样本t检验；以P
2 结果
2.1 乳腺癌MDAMB231细胞荧光显像
2NBDG孵育乳腺癌MDAMB231细胞20 min后，荧光成像显示强荧光信号，40 min后观察荧光信号略减弱；预先加入D型葡萄糖孵育30 min后，再用2NBDG孵育MDAMB231细胞20 min，荧光信号较单纯2NBDG孵育MDAMB231细胞20 min的荧光信号降低50%以上（t=53.033，P=0.000）。见图1。
2.2 流式细胞仪检测结果
2NBDG孵育不同时间多组比较，差异有统计学意义(F=2457.500，P=0.000)。经Levene检验，方差齐（W=2.532，P=0.106）。
MDAMB231细胞自发荧光强度为2.66±0.09，2NBDG孵育1 min后荧光强度为4.04±0.18，较空白MDAMB231细胞荧光强度增加，差异具有显著统计学意义（P=0.001）；10 min荧光强度为5.64±0.17，较2NBDG孵育1 min细胞荧光强度增加，差异具有显著统计学意义（P=0.000）；20 min荧光强度为25.10±0.57，吸收程度最显著（P=0.000）；40 min荧光强度为16.70±0.43，较2NBDG孵育20 min细胞荧光强度减低（P=0.000）。预先加入D型葡萄糖进行竞争性抑制，2NBDG再孵育MDAMB231细胞20 min的荧光强度为13.56±0.38，较未加入D型葡萄糖的纯2NBDG孵育MDAMB231细胞20 min的荧光强度降低46%（t=29.149，P=0.005），见图2。
3 讨论
大多数肿瘤细胞较正常细胞葡萄糖酵解代谢增加，葡萄糖转运体过度表达，主要是Glut1。以Glut1为靶点的肿瘤荧光成像是近年来研究的热点之一。2DG是天然D型葡萄糖的衍生物，同样是通过Glut1转运入细胞内。2DG及其类似物［8］首先被位于细胞膜的Glut1识别转运，然后被己糖激酶磷酸化成6磷酸形式。因为缺少2位的羟基团，2DG类似物的6磷酸形式不能进行进一步的代谢，滞留在细胞内，从而被相应的成像设备探测显影。国外研究者用近红外荧光物质标记2DG，如pyro2DG、Cy5.52DG、IRDye800CW2DG等探测体外培养的肿瘤细胞及载移植瘤裸鼠体内葡萄糖代谢，尽管观察到了良好的成像效果［6，7，9］，但肿瘤细胞摄取近红外荧光物质标记2DG的机制有待进一步研究。
2NBDG是2DG 的荧光类似物，即2′位置的氧原子被荧光基团NBD所取代，相对分子质量为342.26，激发波长为488 nm，发射波长为542 nm，能够被荧光显微镜及流式细胞仪探测。2NBDG最初用于正常哺乳动物细胞及非哺乳动物细胞葡萄糖流量的检测［10，11］，国内有研究者将2NBDG通过尾静脉注入小鼠体内，用来反映脑内葡萄糖代谢水平［12］。近年来有研究者报道2NBDG能被体外培养的恶性肿瘤细胞如肝癌HepG2、胶质瘤U87MG迅速摄取，且摄取的速率及程度高于非恶性细胞，能够被D型葡萄糖抑制，提示2NBDG可以作为探测恶性肿瘤的标记物［5，6］。
本实验结果表明在最初的1 min 2NBDG即被MDAMB231细胞迅速摄取（P=0.001），10 min吸收持续上升（P=0.000），20 min吸收最显著（P=0.000），2NBDG被MDAMB231细胞摄取后滞留在胞质内。结果与体外培养的其他恶性肿瘤细胞摄取2NBDG的动力学性质一致［5，6］。此外，本研究用D型葡萄糖预先作用30 min后再加入2NBDG，乳腺癌MDAMB231摄取2NBDG降低了46%，说明存在Glut的竞争性抑制，与文献报道2NBDG在Escherichia coli细胞代谢成2NBDG6磷酸酶，并能够被D葡萄糖抑制的结果类似［12］，进一步证明了2NBDG具有葡萄糖转运蛋白/己糖激酶途径的靶向性。
另一方面，2NBDG在肿瘤细胞中蓄积或保持超过40 min，提示2NBDG可以作为肿瘤葡萄糖代谢光学标记物，用于诊断培养的肿瘤细胞、人或动物原位恶性皮肤癌、内窥镜诊断结直肠及食管肿瘤、活检标本恶性组织的诊断、实时指导外科手术、实时监测肿瘤化疗效果等［13，14］。
综上所述，基于恶性肿瘤高表达Glut1，用2DG的类似物作为探测恶性肿瘤葡萄糖代谢的探针，除了已广泛应用于临床的放射性类似物18FFDG外，荧光类似物也有望应用于临床，为肿瘤的诊断及治疗提供新的途径。
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生物光学成像技术范文6
关键词电感耦合等离子体质谱；激光剥蚀；元素成像；单细胞分析；鼠脑切片；金纳米颗粒
1引言
生物体内的微量元素具有十分重要的生物功能，参与多种生物化学过程[1＼]，如金属离子常作为蛋白质的活性中心，催化和调节生物体内的化学反应[2＼]。微量元素还与一些疾病的发生发展密切相关[3＼]。研究发现，阿尔茨海默病（Alzheimer′sdisease，AD）患者大脑的沉积斑中有高浓度的铜、锌、铁离子[4＼]；金属离子在脑组织微区内的代谢紊乱、氧化应激与AD的形成和损伤关系密切[5＼]。因此，生物样品中微量元素的分析和检测，特别是元素的原位微区分析，无论对于研究微量元素在生物体内的结构、功能和生物效应，还是对于阐明与微量元素相关疾病的发病机理，寻找这些疾病的预防和治疗策略，都具有重要的意义。
生物体内微量元素的分析主要使用原子吸收、原子发射、原子荧光、无机质谱等原子光谱/质谱仪器完成。常规方法大都需要使用强酸消化样品，前处理过程冗长而繁琐，一般只能得到元素总量的信息，而无法得到元素在生物样品中的分布信息。如果采用具有空间分辨能力的原位分析方法，如二次离子质谱[6＼]、激光电离飞行时间质谱[7＼]、同步辐射X射线荧光[8＼]、激光烧蚀电感耦合等离子体质谱（Laserablationinductivelycoupledplasmamassspectrometry，LAICPMS）[9＼]等方法，可以实现生物样品中元素的原位、微区分析，得到元素成像图。
在上述原位元素分析方法中，LAICPMS由于具有空间分辨率好（约5μm）、分析检出限低（10
4g/L级）、仪器商品化程度高、运行成本较低等优点，逐渐成为应用最广泛的元素成像方法[10，11＼]。杨红霞等[12＼]利用LAICPMS原位分析了印度芥菜中的7种元素，得到了植物茎中的元素分布图；冯流星等[13＼]将同位素稀释法应用于LAICPMS的定量分析，建立了生物切片中Fe元素的原位定量分析方法。本实验详细描述LAICPMS元素成像的步骤和方法，并将建立的方法应用于鼠脑切片和单个细胞的元素成像分析。
2实验部分
2.1仪器与试剂
NWR213Nd：YAG激光剥蚀系统（美国NewWave公司）；四极杆电感耦合等离子体质谱仪（NexION300DICPMS，美国PerkinElmer公司）；冷冻切片机（德国LEICA1900）；NuncLabTekII腔室载玻片（美国赛默飞世尔科技有限公司）
本实验所用小鼠（C57BL/6J）购自中国医学科学院实验动物研究所；高纯Ar气和He气购自北京普莱克斯公司；LAICPMS调谐用标准物质（SRM612），30nm金纳米颗粒（RM8012）购自美国国家标准与技术研究院（NIST）；细胞培养基、小牛血清、PBS、胰酶、青霉素、链霉素均购自美国赛默飞世尔科技有限公司。
2.2样品前处理
3月龄正常小鼠麻醉后，用生理盐水快速灌注15min，再断头取脑组织。将脑组织快速冷冻，制成30μm厚的冠状切片，置于干燥器中备用。
小鼠巨噬胞（RAW264.7）用含有10%小牛血清（FBS）、100μg/mL链霉素、100units/mL青霉素的DMEM/F12培养基在培养箱中（37℃，5%CO2）培养。NIST金纳米颗粒超声处理后，用纯水稀释至合适的浓度，加入细胞培养液。细胞暴露于0.1mmol/L金纳米颗粒4h后，JP吸出细胞培养液，用PBS反复清洗后，将细胞转移至腔室载玻片，待细胞贴壁后，除去腔室间的隔断，将载玻片置于干燥器中备用。
2.3LAICPMS实验
激光剥蚀产生的气溶胶由He气载带出样品ZH（池，通过三通与Ar气混合后进入ICPMS分析。ICPMS用NIST612调谐，使U、Th信号最强且得到较低的氧化物产率（UO+/U+）。LAICPMS所用的仪器参数见表1。
LA采用线剥蚀模式，激光剥蚀时自动触发ICPMS以时间分辨模式采集质谱数据。所得数据用MicrosoftExcel处理，用IgorPro.（美国WaveMetrics公司）软件画出元素成像图。
3结果与讨论
激光烧蚀系统可以作为ICPMS的固体进样装置，工作时激光束先剥蚀样品表面，产生的固体气溶胶被载气运送至等离子体而完成电离，然后在质谱中得到检测。LAICPMS的准确分析需要尽可能地满足下面3个条件：（1）激光剥蚀产生的气溶胶与固体样品的组成相同；（2）气溶胶可以高效率地传输至质谱；（3）进入质谱的气溶胶可以完全电离[14＼]。在实际分析过程中，上CM（203/5述条件常常很难完全满足，这样会导致“元素分CM）ZH）馏”（不同元素在LAICPMS分析过程中的行为差异）的产生。为了校正激光能量、样品厚度、漂移对质谱响应的影响，LAICPMS元素成像分析时，需要选用适合内标元素。还要使用基体匹配的标准，以获取准确的定量分析结果。研究表明，相比过去常用波长的激光器（如266nm），使用213nm波长的NdKG-3∶KG-5YAG激光剥蚀得到的样品更为均匀，元素分馏效应更小[15＼]。使用氦气作为载气，可以有效地提高气溶胶的传输效率，从而提高分析的灵敏度[16＼]。因此，在本实验中，使用波长为213nm的激光，采用He气作为载气，并采用13C的信号作为内标校正元素。
3.1剥蚀模式的选择
元素成像可采用点剥蚀模式（Spotablation）或线剥蚀模式（Lineablation）完成（图1）。在点剥蚀模式中，激光在样品表面每隔一定距离取一点剥蚀样品，重复操作直到激光采样的点阵覆盖整个样品。在此模式下，采集的数据真实反映每个采样点上的元素信息，激光光斑越小，采样点越多，得到的元素成像图的分辨率越高。而在线剥蚀模式中，在样品表面每隔一定距离设置一条剥蚀线段，重复设置剥蚀线段，直到激光采样的线段覆盖整个样品。工作时激光沿直线连续剥蚀样品，此时，元素成像图的分辨率取决于激光光斑、剥蚀频率、线扫描速率，以及剥蚀线间的距离等条件。
LAICPMS分析时，如果采用点剥蚀模式，在两个剥蚀点之间需要耗费较多的时间等待质谱信号回到本底水平，才能进行下一点的分析。这样减少了有效质谱分析时间的比例，增加了元素成像分析所需要的时间。所以在本实验中，采用线剥蚀模式，并使用两种剥蚀参数分别应用于鼠脑切片和细胞样品（见表1）。需要注意的是，由于剥蚀参数的选择，最终得到的元素成像图在激光扫描的方向常会拉长变形，一般需要在最后处理过程中恢复原始比例。
3.2激光能量的选择
与地质样品不同，生物样品的含水量较高，因此在剥蚀时，必须有效地控制剥蚀条件，既要实现完全剥蚀样品，又要避免用过高的能量剥蚀而使样品中的水大量汽化，造成样品不规则撕裂和严重的元素分馏。此外，在分析生物样品时，选择较低能量密度（
3.3鼠脑和细胞的元素成像图
元素C作为生物样品的内标校正元素，Fe，Cu，Zn是生物体中重要的必需微量元素，具有多种生物功能。所以，本研究选择分析以上元素。LAICPMS分析得到的鼠脑元素成像见图3。从图3可以清楚地分辨小鼠脑的不同区域，并可以看出Fe，Cu，Zn等重要微量元素在各个脑区中的分布情况。由于Fe元素在ICPMS中受到ArO+等多原子离子的严重干扰，所以得到的Fe元素成像图不如其它元素成像图清晰。JP文献＼[18＼]报道，采用碰撞反应池技术可以消除测量时的质谱干扰，得到更加清晰的Fe元素成像图。由于缺乏可用于LAICPMS定量分析的生物标准参考物，定量元素成像分析相对困难。国外实验室常自制基体匹配的生物切片标准物质，采用外标校正的办法，实现生物样品的定量元素成像[10＼]。
如果LAICPMS技术与免疫组织化学方法相结合，使用元素标记的抗体与切片上的待测抗原反应，通过分析标记的元素，可以得到切片上蛋白质（抗原）的分布信息，进一步拓展LAICPMS在生物成像分析的应用范围。Seuma等[19＼]成功得到了两种癌症生物标志物在组织上的成像。利用类似的方法，Wang等[20＼]同时得到了Fe，Cu，Zn等金属元素和β淀粉样蛋白在老年痴呆模型鼠脑切片中的元素和分子成像图。
图4是暴露金纳米颗粒后的单细胞光学成像和元素成像图。在本实验条件下，除了Mg元素外，不能得到其它天然微量元素的清晰成像。@主要是由于细胞中的这些元素含量较低，或者是由于分析这些元素时存在较为严重干扰。从图4可见，Mg和Au元素浓度较高的位置与光学显微镜中细胞所在位置重合，而在没有细胞的位置，Mg和Au元素浓度很低。因此可以确定，Mg和Au的元素信号分别来自于细胞本身和进入细胞的金纳米颗粒。
为了准确得到单个细胞中的元素含量，需要发展合适的定量标准和校正方法。Wang等使用微喷系统制备了与细胞大小和含碳量相似的标准液滴，作为基体匹配的单细胞定量标准，成功实现LAICPMS定量分析单细胞中的金属纳米颗粒[21＼]。此外，现有的激光器最小光斑约为5μm，如果希望用LAICPMS技术得到单个细胞中的元素成像图，则需要进一步提高空间分辨率。Becker等提出的近场剥蚀技术，将LAICPMS空间分辨率提高到亚微米级，有望真正实现单个细胞成像分析[22＼]。
4结论
本研究建立了LAICPMS元素成像方法，得到了鼠脑切片、单细胞等不同水平生物样品的元素成像图。LAICPMS由于具有空间分辨率高、检出限低、运行成本较低等优势，有望作为其它生物成像技术的有力补充，在生物医学研究中得到更广泛的应用，发挥更重要的作用。
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AbstractTraceelementsplayaveryimportantroleinbiologicalorganismandcloselyrelatedtomanydiseases.Thenewanalyticalmethodsareurgentlyneededforinsitudeterminationoftraceelementsinbiologicaltissuesorsinglecells.Amethodbasedonlaserablationinductivelycoupledplasmamassspectrometry（LAICPMS）wasdevelopedforsuchinsituanalysis.Lineablationmodewaschosenandtheoutputenergyofthelaserwasalsooptimizedatalowfluenceoflessthan1J/cm2.Thetwokindsofelementalbioimagingofbothacoronalsectionfrommousebrainandsinglecellsexposedtogoldnanoparticleswereobtainedbythedevelopedmethod.Becauseoftheuniquecharacteristics，suchasgoodspatialresolution，excellentdetectionlimit，andreasonablerunningcost，LAICPMSwillbeappliedwidelyandbecomeausefultoolinbiomedicalresearchinthefuture.
KeywordsInductivelycoupledplasmamassspectrometry；Laserablation；Elementalbioimaging；Singlecellanalysis；Mousebrainsections；Goldnanoparticles
