双光子激发时间分辨荧光光谱测量技术

建立了一台基于高重复频率扫描相机的双光子激发时间分辨荧光光谱测量系统，能够同时测量样品的荧光光谱和寿命. 该系统的时间分辨率为6.5—200ps，光谱分辨率为1—3nm，能够实现快速数据采集以及可靠和可重复的寿命和光谱测量. 利用标准荧光染料(若丹明6G、香豆素314)及其混合溶液对该系统进行了测试，所得到的荧光光谱分布和寿命值与文献报道一致. 实验结果表明，该系统能有效区分多组分荧光团. 这为鉴别多荧光团或多组分生物组织提供了一种独特的对比方法，可用于多光谱分辨荧光寿命成像和荧光共振能量转移成像等方面. 关键词： 荧光寿命 荧光光谱 双光子激发 高重复频率扫描相机     

HpD肿瘤定位组份的时间分辨荧光光谱研究

采用微微秒激光作激发源的时间相关单光子计数系统测量了血卟啉衍生物的肿瘤定位组分(TLF)在缓冲液中不同阳离子表面活性剂浓度下的荧光衰减波形I(t)和时间分辨光谱I(λ,t).     

固相时间分辨荧光免疫分析仪数据采集系统设计

荧光寿命和时间分辨荧光光谱在时间分辨荧光免疫分析中具有十分重要的地位。本文设计了一款基于CPLD的实时、高速数据采集系统,该系统实现几百纳秒到十几个毫秒范围的荧光测量。使用VHDL硬件描述语言设计CPLD内部的逻辑电路,内部共设置了13种采样频率,测量过程中,可多次选择不同的采样频率,直到得出最理想的结果。采样个数在1-8192范围内任意设置。采样时间及延迟时间可根据需要在1-65535微妙范围内调节,分辨率为1微妙。测量结果表明,该系统满足荧光寿命和时间分辨荧光光谱测量的要求。     

机油产品激光诱导荧光特性的研究

利用紫外脉冲激光和光电倍增管相结合测量机油产品激光诱导荧光的光谱特性和时间特性.分析了荧光光谱的产生,给出了时间分辨荧光光谱的测量.实际测量了一种应用广泛的燕山机油的时间分辨荧光的光谱分布和荧光寿命,测得的荧光谱分布结果和文献中报道的相同.     

一种用于荧光皮秒时间分辨光谱的测试系统

本文详细描述了一种由氩离子锁模激光器、样品池、分光系统及微微秒条纹相机构成的用于测试低强度荧光微微秒时间分辨光谱的系统。给出了典型样品的测试结果:时间分辨率为10ps,光谱范围为500Å—800Å。最后对测量结果进行了分析讨论。     

原油样品激光诱导荧光的时间分辨光谱特性研究

为探索激光诱导时间分辨荧光光谱技术应用于海洋悬浮溢油原位探测的可行性,对来自胜利油田六个不同井区不同密度的原油样品的时间分辨荧光光谱进行了探测分析。结果发现,各原油样品荧光发射的持续时间基本相同,从ICCD中数字延时发生器(DDG)的输入延时52 ns开始,到输入延时82 ns左右结束,各原油样品的荧光峰强度随时间变化曲线的半高宽约10 ns;不同原油样品的最强荧光峰位及其衰减寿命不尽相同,并且与样品密度有一定相关性,密度相近的原油具有相近的最强荧光峰位和相似的荧光寿命。对比六种原油样品的时间分辨荧光光谱发现,在荧光增强时,原油荧光光谱峰位不变,当荧光从最大强度开始衰减时,六种原油样品的荧光光谱峰位均出现了不同程度(17~30 nm)的红移现象,这一定程度上反映出原油中各荧光组分的荧光衰减速率存在差异,或者存在荧光组分之间的能量传递。所观测到的原油密度相关的时间分辨光谱信息和荧光峰红移现象可望成为水下悬浮溢油识别的有效特征之一。     

基于超短脉冲的癌细胞荧光光谱

研究用于癌症诊断与治疗的光敏剂血卟啉(hematoporphyrin derivative,HPD)的超快光动力学过程。采用超短脉冲激光光谱技术和皮秒时间相关单光子计数系统,测量经血卟啉培养的活体癌细胞与正常细胞的荧光光谱、荧光寿命特性及荧光峰值强度随时间的变化,观测到:癌细胞样品在645nm处具有特征发射光谱峰;癌细胞与正常细胞样品荧光寿命的快成分分别为150,300ps;癌细胞与正常细胞的荧光峰值强度经12h分别衰减10%和55%。对测量所得的荧光光谱曲线及时间分辨荧光衰减曲线分析,计算出:在癌细胞内部血卟啉浓度增大了约2个数量级;癌细胞与正常细胞的荧光寿命分别为824,1798ps;血卟啉在癌细胞与正常细胞样品中滞留时间分别为17,6d。测量结果确认了荧光光谱技术诊断与治疗癌症的可行性,并对发展超短脉冲激光光谱技术早期诊断与治疗癌症具有重要的指导意义和临床应用价值。     

基于皮秒时间分辨的癌细胞荧光寿命研究

研究了用于癌症诊断与治疗的光敏剂血卟啉(hematoporphyrin derivative,HPD)的超快光动力学过程,采用超短脉冲激光光谱技术和皮秒时间相关单光子计数系统,测量了经血卟啉培养的活体癌细胞与正常细胞的皮秒时间分辨荧光光谱及荧光峰值强度随时间衰变曲线,观测到：癌细胞与正常细胞样品荧光寿命的快成分分别为150和300 ps;癌细胞与正常细胞的荧光峰值强度经12 h分别衰减10%和55%。经对测量所得的荧光衰减曲线进行分析,计算出癌细胞与正常细胞的荧光寿命分别为824和1798 ps;血卟啉在癌细胞与正常细胞样品中滞留时间分别为17天和6天。结果表明癌细胞与正常细胞对血卟啉亲和性及对血卟啉滞留的稳定性有显著差异,测量结果确认了荧光光谱技术诊断与治疗癌症的可行性,并对实时监测生物样品微弱超快荧光具有重要的指导意义和临床应用价值。     

多环芳烃时间分辨荧光光谱特性研究

利用时间分辨荧光光谱技术,研究了菲、荧蒽、芴、蒽、芘等五种多环芳烃的荧光时间分辨发射光谱特性。以289 nm受激拉曼光作为激发光源,研究了289 nm激发光作用下五种多环芳烃的延时特性和门宽特性。并以多环芳烃随延时时间的荧光峰强度衰减关系曲线,得到菲、荧蒽、芴、芘的荧光寿命分别为37.0, 32.7, 10.9, 147.0 ns。不同荧光物质具有特定的荧光光谱特性,多环芳烃时间分辨荧光光谱特性的研究可以为复杂水体中不同种类多环芳烃的诊断提供依据。     

基于猝灭荧光素的一种TCSPC仪器响应函数测量方法

根据荧光物质的动态猝灭作用原理,将碘化钠饱和水溶液与碱性荧光素水溶液按照特定的比例混合,利用时间分辨设备测量猝灭后的荧光素荧光寿命。实验观察到随着碘化钠饱和溶液浓度的增加,测量得到的荧光寿命逐步从4 ns减小至24 ps左右。如将猝灭荧光素作为仪器响应函数的标准样品,与通常作为标准样品的二氧化硅纳米颗粒悬浮液进行对比,实验结果显示两者非常吻合,表明猝灭荧光素可以作为荧光衰减测试中的标准样品,进一步研究发现这种新的标准样品一方面避免了传统测量手段中需要在不同探测波长反复测量仪器时间响应函数的问题,更有效地减小了实验中颜色效应造成的实验误差。有望在时间分辨荧光光谱和荧光寿命成像等研究中得到应用。     

基于荧光非共线光参量放大光谱技术的溶剂化动力学研究中的光谱矫正

利用荧光非共线光参量放大光谱技术测量了DCM染料乙醇溶液的溶剂化动力学过程. 实验结果表明,瞬态荧光光谱经过光谱矫正后,可以产生准确的溶剂化相关函数以及溶剂化过程中瞬态光谱峰值频率移动. 本文的工作表明荧光非共线光参量放大光谱技术有益同时关注荧光强度动力学以及光谱谱型演化的研究领域.     

机油类产品激光诱导荧光时间特性的研究

介绍了一种由三倍频Nd∶YAG激光器、单色仪、光电倍增管以及信号采集处理系统构成的激光荧光谱寿命测量系统及其测量原理和方法,讨论了如何去除激发光脉冲宽度和探测系统响应速度对测量结果的影响,并实际测量了一种应用广泛的燕山机油的荧光谱寿命.本系统具有简便、快捷、准确以及成本低等优点,适合用于未来实用化机载水面监测激光荧光雷达遥感系统中 关键词： 激光诱导荧光 荧光寿命 Nd∶YAG激光器 光电倍增管     

镧系络合物的双向螯合剂--BCPDA的性质研究

对镧系络合物的双向螯合剂——4,7-二氯磺酰基苯基-1,10-菲咯啉-2,9-二羧酸(BCPDA)合成、表征和性质研究表明:1.通过IR光谱、1H NMR、熔点、元素分析证明其结构正确。2.BCPDA可溶于几种不同溶剂。3.几种体系的BCPDA溶液所得到的吸收光谱基本相同,且BCPDA的浓度与吸光度在1.00-1.20×10~2μmol·L-1范围内呈正比。4.BCPDA标记蛋白质和铕离子与BCPDA螯合连接实验证实了BCPDA的双向功能。     

Fe~(3+)对石墨烯氧化物荧光淬灭机理的研究

采用改进的Humer法合成了石墨烯氧化物,利用搭建的时间分辨光谱探测系统详细探究了Fe~(3+)(浓度为0.5、1、2 mmol/L)对石墨烯氧化物荧光淬灭物理机制。稳态荧光发射光谱中,随着Fe~(3+)浓度的增加,石墨烯氧化物的荧光强度急剧减弱。时间分辨荧光光谱和飞秒瞬态吸收光谱研究证实,加入不同浓度Fe~(3+)的GO其动力学衰减曲线基本没有任何变化。结果表明,Fe~(3+)对石墨烯氧化物的荧光淬灭主要是静态的荧光淬灭过程。     

Lanthanide Complex-Based Fluorescence Label for Time-Resolved Fluorescence Bioassay

Different from organic fluorescence dyes, fluorescent lanthanide complexes have the fluorescence properties of long fluorescence lifetime, large Stokes shift and sharp emission profile, which makes them favorable be used as the fluorescent labeling reagents for microsecond time-resolved fluorescence bioassay. Lanthanide complex-based fluorescence labels have been successfully used for highly sensitive time-resolved fluorescence immunoassay, DNA hybridization assay, cell activity assay, and bioimaging microscopy assay. Since the technique allows easy distinction of the specific fluorescence signal of the long-lived label from short-lived background noises associated with biological samples, scattering lights (Tyndall, Rayleigh and Raman scatterings) and the optical components (cuvettes, filters and lenses), the sensitivity of fluorescence bioassay has been remarkably improved. This paper summarized the recent developments of lanthanide complex-based fluorescence labels and their applications in time-resolved fluorescence bioassays mainly based on the authors’ researches and relative publications.     

溶剂对香豆素343染料光谱性质和最低激发态偶极矩的影响

通过对香豆素343(C343)在不同溶剂中的稳态吸收光谱、稳态荧光光谱和时间分辨荧光光谱的分析,研究了溶剂对C343的光谱性质的影响,并获得了光谱特性与溶剂极性之间的依赖关系. 吸收光谱峰值的红移随着溶剂极性的增加而发生较小的变化. 然而,荧光光谱的峰值对溶剂的极性却很敏感,并随着溶剂极性参数f(ε,n)的增加呈线性增长. 这是由于C343激发态电荷分布的变化导致了它在极性溶剂中第一激发单重态能级的变化. 用溶剂效应测量法和量子化学计算方法确定了C343最低激发态的偶极矩,这两方法所得的结果一致. C343在不同溶剂中的时间分辨荧光光谱研究表明荧光寿命随着溶剂极性的增加而增加,即从甲苯溶液的3.09 ns线性地增加到水溶液中4.45 ns;荧光寿命延长的根源可归因于C343与氢键给体溶剂之间的分子间氢键相互作用.     

Studies on Molecular Structure of Ethanol-Water Clusters by Fluorescence Spectroscopy

It was found that ethanol and water molecules mixed together can form new clusters. Based on the steady state spectral characteristic and the mole ratio method, three possible bonding constants of ethanol-water clusters were deduced. To confirm the structure of these clusters, the fluorescence lifetimes of different emission bands were investigated, and the average lifetime of the entire decay process was found to vary as the volume percent of ethanol changed. Furthermore, the possible bonding constant n of molecular clusters was determined to be 2 based on the time-resolved spectra, and the cluster was concluded to be a chain structure formed by one ethanol molecule and two water molecules with hydrogen bonds.     

Femtosecond fluorescence upconversion setup with broadband detection in the ultraviolet

We show a femtosecond fluorescence upconversion setup with broadband detection to measure time-resolved emission spectra in the 300-550 nm range, upon excitation between 250 and 300 nm, with a time resolution of 100 fs. We present time-resolved fluorescence emission spectra of 2,5-diphenyloxazole in solution, which demonstrate the capabilities of the setup.     

Simultaneous time- and wavelength-resolved fluorescence spectroscopy for near real-time tissue diagnosis

A novel fiber-optic-based method for simultaneous time- and wavelength-resolved fluorescence spectroscopy for the rapid diagnosis of diseased tissue is demonstrated. By combining multiple bandpass and dichroic filters (405/40, 460/50, and 550/50) with different lengths of optical fiber (1, 10, and 19 m) acting as an optical delay this system enables the near real-time acquisition and characterization of time-resolved fluorescence spectra using a single detector and excitation input. The recording of multiple fluorescence response pulses at selected wavelengths can be completed in hundreds of nanoseconds, which provides the capability of a real-time characterization of biological systems.