小鼠骨细胞双光子荧光与PMMA CARS快速扫描显微成像研究.pdf

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1、硕士学位论文小鼠骨细胞双光子荧光与PMMACARS快速扫描显微成像研究HIGHSPEEDSCANNINGMICROSCOPYWITHTWO-PHOTONFLUORESCENCEOFMOUSE’SBONECELLSANDCARSOFPMMA王仕鑫哈尔滨工业大学2018年6月国内图书分类号：TH742学校代码：10213国际图书分类号：621.38密级：公开工学硕士学位论文小鼠骨细胞双光子荧光与PMMACARS快速扫描显微成像研究硕士研究生：王仕鑫导师：夏元钦教授申请学位：工学硕士学科：物理电子学所在单位：航天学院答辩日期：2

2、018年6月授予学位单位：哈尔滨工业大学ClassifiedIndex:TH742U.D.C:621.38DissertationfortheMasterDegreeinEngineeringHIGHSPEEDSCANNINGMICROSCOPYWITHTWO-PHOTONFLUORESCENCEOFMOUSE’SBONECELLSANDCARSOFPMMACandidate：WangShixinSupervisor：Prof.XiaYuanqinAcademicDegreeAppliedfor：MasterofEngin

3、eeringSpeciality：PhysicalElectronicsAffiliation：SchoolofAstronauticsDateofDefence：June,2018Degree-Conferring-Institution：HarbinInstituteofTechnology哈尔滨工业大学工学硕士学位论文摘要近些年，双光子与多光子荧光显微成像、相干反斯托克斯拉曼散射(CARS)显微成像、二次谐波显微成像等非线性显微成像研究取得了很大进展，也成为目前国际研究热点，其中CARS显微成像因其高分辨率、高灵敏度

4、、无侵入性、可获取样品光谱信息等特性，成为对生物细胞、组织等进行化学组分分析，结构研究的重要途径。而同样具有高分辨率的双光子荧光显微成像也因其成像深度深、光损伤小、适合多标记复合成像等优势，在生物化学，药理学以及神经生物学等多个领域中具有重要的应用背景。本文从理论上对上述两种非线性显微成像进行分析，自行搭建了一套可以同时实现双光子荧光显微成像和CARS显微成像两种模式的飞秒激光显微成像系统，对罗丹明染色的大鼠乳鼠颅骨原代成骨细胞进行双光子荧光显微成像，对PMMA颗粒进行CARS显微成像，验证两种成像在各自领域中的优势以及应

5、用价值。在理论方面，首先分析双光子荧光产生过程，推导了双光子荧光强度的时间平均表达式，理论验证双光子激励的局域性优势，通过推导与仿真验证系统的饱和状态。另外在CARS成像方面，推导CARS过程中信号强度的表达式并对非共振背景噪声的抑制方法加以分析。最后分析了系统中存在的噪声问题。双光子荧光显微成像实验中，首先利用罗丹明B染料样本确认本系统的双光子显微成像能力，利用棱镜对实现飞秒激光的脉冲整形，并对罗丹明染色的大鼠乳鼠颅骨原代成骨细胞骨架样品进行显微成像，其横向分辨率可达到1.52μm，纵向分辨率为2.0μm。在进行二维成像

6、过程中，分析了聚焦距离和脉冲质量等因素对成像质量的影响；在断层扫描与三维重构过程中，实现了对乳鼠骨细胞中微管骨架的空间结构与分布情况的观察，验证了系统纵向分辨率为2.0μm。CARS显微成像实验中，对PMMA颗粒进行显微成像与背景噪声分析，通过成像结果之间的对比，证实了系统的CARS显微成像能力和微米级别的分辨率，确认了本实验所搭建系统可以同时完成两种不同的非线性显微成像模式。关键词：飞秒激光；双光子荧光显微成像；CARS成像；三维重构-I-哈尔滨工业大学工学硕士学位论文AbstractInrecentyears,thet

7、wo-photonandmultiphotonfluorescencemicroscopy,coherentanti-StokesRamanscattering(CARS)microscopicimaging,Secondharmonicmicroscopicimagingandotherimagingtechniquesbasedonnon-linearopticaleffectsallhavemadegreatprogress,andbecomeacurrentinternationalresearchhotspot.

8、Amongthem,CARSmicroscopicimaginghasbecomeanimportantwayofchemicalcompositionanalysisandstructuralstudyofbiologicalcells,tissuesbyitshighresolution,highs