癌细胞全息显微成像技术研究
发布时间：2021-09-24 08:36
数字全息术是在光学全息术基础上融合了光电探测技术和计算机技术而形成的一种新型显微成像技术。与传统显微术相比,它仅通过一张全息图就提供了更具优势的非接触、无标记、无损伤的快速定量三维成像方法。近年来,鉴于数字全息术独特的成像优势和对生物细胞成像的巨大潜力,其在生物细胞成像应用方面已经引起了科学家们的诸多关注,被广泛用于生物细胞尤其是对癌细胞样品的三维形貌测量、生物参数分析、实时形貌监测等领域,为癌症的诊断和治疗提供了帮助。本文首先介绍了数字全息术工作的基本原理,并通过比较其中几种记录方法的优缺点确定选择同轴全息记录光路。根据同轴数字全息术的原理设计并搭建了同轴全息显微镜系统,然后利用USAF1951分辨率板和其它待测样品测试和标定了系统基本参数,经测定系统具有优于一般同轴全息系统的高横向分辨率和放大率。最后进行了生物细胞的全息成像测试实验,验证了所搭建系统的形貌成像能力、生物参数分析能力以及对活细胞的成像能力。接下来,本文将搭建的同轴全息显微镜系统应用于癌细胞全息显微成像研究。首先测量和分析了不同种类癌细胞的三维形貌和生物参数,然后对一个生长周期及加入药物之后的SMMC-7721肝癌细胞...
【文章来源】：长春理工大学吉林省
【文章页数】：56 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
无透镜傅里叶数字全息术记录光路示意图
82.1.2预放大数字全息术记录原理预放大数字全息术[66]是能够使系统获得更高分辨率的一种数字全息术，它通过在其记录光路中加入显微物镜对物光波进行预放大处理，从而有效放大了被测物体的细微结构，到达探测器记录面的放大物光波与参考光干涉形成了预放大数字全息图。其中加入的显微物镜引发的物光波放大操作，有利于光电探测器对物光波信息的抽样和采集，增大了系统记录距离并进一步提高了系统横向分辨率。图2.2预放大数字全息术记录光路示意图如图2.2为预放大数字全息术的记录光路图，入射光采用平面光波，它经过物平面),(00yx上的被测物体时发生衍射形成物光),(00yxO，物光波在传播至显微物镜前表面bMO的过程中，满足菲涅尔衍射近似条件，因此物光波在遵循菲涅尔衍射传播了一段距离0d后的复振幅分布为：00202000000]})()[(2exp{),()exp(),(dydxyyxxdjkyxOdjjkdyxOMMMMMOb+=∞λ（2-4）到达显微物镜前表面的物光波在经过显微物镜平面),(MMyx时发生相位变换，则物光波在经过焦距为f的显微物镜后表面aMO的复振幅分布为：)](2exp[),(),(22MMMMMOMMMOyxfjkOyyxOxba+×=（2-5）经过显微物镜后表面的物光波在传播到探测器记录面yx),(过程中，仍然满足菲涅尔衍射条件，其传播至记录面的复振幅为：
9)2exp()]([exp),(]2)()(exp[),()exp(),(22022MfyxjkMddjkMyMxOdydxdyyxxjkyxOdjjkdyxOMMMMMMMOa++=+=∞λ（2-6）式中，M表示显微物镜MO的放大倍率，利用经过显微物镜到达光电探测器记录面的物像和原物体满足透镜成像关系，将物光波复振幅用含显微物镜参数的形式表示。最后引入平面参考光，把它到达记录面的复振幅记为yxR),(，记录面上的物光和参考光干涉形成的预放大数字全息图光强为：**222|||||),(),(|ORROROOIyyxRx+++=+=（2-7）2.1.3离轴数字全息术记录原理离轴数字全息术[67]采用的参考光是以一定角度倾斜入射的，然后与物光在特定夹角下发生干涉形成离轴数字全息图，这种记录方式使得全息图中的直流像和共轭像得以分离，很容易提取到不受干扰的物光波前信息，但同时也降低了系统的分辨率。而且高质量的离轴数字全息图往往需要将记录光路中的物参光夹角控制在很小的范围内，增大了系统光路的搭建难度。图2.3离轴菲涅尔数字全息术记录光路示意图图2.3为离轴菲涅尔数字全息术记录光路图。平面参考光),(00yxR以一定夹角倾斜入射，传播至记录面yx),(的复振幅为：
【参考文献】：
期刊论文
[1]数字全息显微镜观察哇巴因对人胶质瘤U87-MG细胞的影响[J]. 杨小飒,余东堃,衣泰龙,徐忠伟,李杰,涂悦,程世翔. 肿瘤药学. 2017(01)
[2]基于质量引导的InSAR快速相位解缠方法[J]. 蒋留兵,肖志涛,车俐,赵纪奎. 计算机工程与应用. 2018(03)
[3]数字全息技术检测高良姜素诱导的HepG2细胞凋亡[J]. 黎旭,熊禹真,汪亚君,张海涛. 医学研究生学报. 2016(08)
[4]用于海洋原位浮游生物探测的同轴数字全息显微技术研究（英文）[J]. 于佳,聂亚茹,王添,刘惠萍,王金城. 激光生物学报. 2014(06)
[5]数字全息技术在生物医学成像和分析中的应用[J]. 王云新,王大勇,杨怡姝,赵洁,欧阳丽婷,肖向茜,戎路. 中国激光. 2014(02)
[6]老鼠大脑海马区神经元活细胞的数字全息相衬成像实验研究[J]. 欧阳丽婷,王大勇,赵洁,王云新,何其华. 中国激光. 2013(09)
[7]改进的枝切法在相位展开中的应用[J]. 张妍,冯大政,曲小宁,顾潮琪. 电子科技大学学报. 2013(04)
[8]预放大数字全息显微系统的特性分析[J]. 王华英,刘飞飞,宋修法,廖薇,于梦杰,刘佐强,马彦晓. 强激光与粒子束. 2013(06)
[9]利用综合复用技术拓展数字全息显微系统中的记录视场[J]. 吴永丽,杨勇,翟宏琛,马忠洪,盖琦,邓丽军. 物理学报. 2013(08)
[10]基于径向剪切原理的相位解包裹算法[J]. 李斌,钱晓凡,李兴华,林超. 激光技术. 2013(01)
博士论文
[1]生物样品的数字全息显微相衬成像技术研究[D]. 张亦卓.北京工业大学 2012
[2]数字全息显微成像的理论和实验研究[D]. 王华英.北京工业大学 2008
[3]数字全息的基本问题分析及实现方法研究[D]. 钟丽云.天津大学 2004
硕士论文
[1]生物细胞相衬成像及折射率测量的数字全息方法研究[D]. 欧阳丽婷.北京工业大学 2014
[2]数字全息面形测量中的相位解包裹技术研究[D]. 崔鹏.天津大学 2007
[3]数字全息中消除零级衍射光及背景噪声的研究[D]. 朱杰.昆明理工大学 2007
[4]数字全息理论及应用研究[D]. 黎南.昆明理工大学 2007
本文编号：3407446
【文章来源】：长春理工大学吉林省
【文章页数】：56 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
无透镜傅里叶数字全息术记录光路示意图
82.1.2预放大数字全息术记录原理预放大数字全息术[66]是能够使系统获得更高分辨率的一种数字全息术，它通过在其记录光路中加入显微物镜对物光波进行预放大处理，从而有效放大了被测物体的细微结构，到达探测器记录面的放大物光波与参考光干涉形成了预放大数字全息图。其中加入的显微物镜引发的物光波放大操作，有利于光电探测器对物光波信息的抽样和采集，增大了系统记录距离并进一步提高了系统横向分辨率。图2.2预放大数字全息术记录光路示意图如图2.2为预放大数字全息术的记录光路图，入射光采用平面光波，它经过物平面),(00yx上的被测物体时发生衍射形成物光),(00yxO，物光波在传播至显微物镜前表面bMO的过程中，满足菲涅尔衍射近似条件，因此物光波在遵循菲涅尔衍射传播了一段距离0d后的复振幅分布为：00202000000]})()[(2exp{),()exp(),(dydxyyxxdjkyxOdjjkdyxOMMMMMOb+=∞λ（2-4）到达显微物镜前表面的物光波在经过显微物镜平面),(MMyx时发生相位变换，则物光波在经过焦距为f的显微物镜后表面aMO的复振幅分布为：)](2exp[),(),(22MMMMMOMMMOyxfjkOyyxOxba+×=（2-5）经过显微物镜后表面的物光波在传播到探测器记录面yx),(过程中，仍然满足菲涅尔衍射条件，其传播至记录面的复振幅为：
9)2exp()]([exp),(]2)()(exp[),()exp(),(22022MfyxjkMddjkMyMxOdydxdyyxxjkyxOdjjkdyxOMMMMMMMOa++=+=∞λ（2-6）式中，M表示显微物镜MO的放大倍率，利用经过显微物镜到达光电探测器记录面的物像和原物体满足透镜成像关系，将物光波复振幅用含显微物镜参数的形式表示。最后引入平面参考光，把它到达记录面的复振幅记为yxR),(，记录面上的物光和参考光干涉形成的预放大数字全息图光强为：**222|||||),(),(|ORROROOIyyxRx+++=+=（2-7）2.1.3离轴数字全息术记录原理离轴数字全息术[67]采用的参考光是以一定角度倾斜入射的，然后与物光在特定夹角下发生干涉形成离轴数字全息图，这种记录方式使得全息图中的直流像和共轭像得以分离，很容易提取到不受干扰的物光波前信息，但同时也降低了系统的分辨率。而且高质量的离轴数字全息图往往需要将记录光路中的物参光夹角控制在很小的范围内，增大了系统光路的搭建难度。图2.3离轴菲涅尔数字全息术记录光路示意图图2.3为离轴菲涅尔数字全息术记录光路图。平面参考光),(00yxR以一定夹角倾斜入射，传播至记录面yx),(的复振幅为：
【参考文献】：
期刊论文
[1]数字全息显微镜观察哇巴因对人胶质瘤U87-MG细胞的影响[J]. 杨小飒,余东堃,衣泰龙,徐忠伟,李杰,涂悦,程世翔. 肿瘤药学. 2017(01)
[2]基于质量引导的InSAR快速相位解缠方法[J]. 蒋留兵,肖志涛,车俐,赵纪奎. 计算机工程与应用. 2018(03)
[3]数字全息技术检测高良姜素诱导的HepG2细胞凋亡[J]. 黎旭,熊禹真,汪亚君,张海涛. 医学研究生学报. 2016(08)
[4]用于海洋原位浮游生物探测的同轴数字全息显微技术研究（英文）[J]. 于佳,聂亚茹,王添,刘惠萍,王金城. 激光生物学报. 2014(06)
[5]数字全息技术在生物医学成像和分析中的应用[J]. 王云新,王大勇,杨怡姝,赵洁,欧阳丽婷,肖向茜,戎路. 中国激光. 2014(02)
[6]老鼠大脑海马区神经元活细胞的数字全息相衬成像实验研究[J]. 欧阳丽婷,王大勇,赵洁,王云新,何其华. 中国激光. 2013(09)
[7]改进的枝切法在相位展开中的应用[J]. 张妍,冯大政,曲小宁,顾潮琪. 电子科技大学学报. 2013(04)
[8]预放大数字全息显微系统的特性分析[J]. 王华英,刘飞飞,宋修法,廖薇,于梦杰,刘佐强,马彦晓. 强激光与粒子束. 2013(06)
[9]利用综合复用技术拓展数字全息显微系统中的记录视场[J]. 吴永丽,杨勇,翟宏琛,马忠洪,盖琦,邓丽军. 物理学报. 2013(08)
[10]基于径向剪切原理的相位解包裹算法[J]. 李斌,钱晓凡,李兴华,林超. 激光技术. 2013(01)
博士论文
[1]生物样品的数字全息显微相衬成像技术研究[D]. 张亦卓.北京工业大学 2012
[2]数字全息显微成像的理论和实验研究[D]. 王华英.北京工业大学 2008
[3]数字全息的基本问题分析及实现方法研究[D]. 钟丽云.天津大学 2004
硕士论文
[1]生物细胞相衬成像及折射率测量的数字全息方法研究[D]. 欧阳丽婷.北京工业大学 2014
[2]数字全息面形测量中的相位解包裹技术研究[D]. 崔鹏.天津大学 2007
[3]数字全息中消除零级衍射光及背景噪声的研究[D]. 朱杰.昆明理工大学 2007
[4]数字全息理论及应用研究[D]. 黎南.昆明理工大学 2007
本文编号：3407446
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