Author Affiliations
Abstract
1 School of Optics and Photonics, Beijing Institute of Technology, Beijing 100081, P. R. China
2 School of Medical Technology, Beijing Institute of Technology, Beijing 100081, P. R. China
3 Department of Laser Medicine, First Medical Center of PLA General Hospital, Beijing 100853, P. R. China
4 Britton Chance Center for Biomedical Photonics – MoE Key Laboratory for Biomedical Photonics, Advanced Biomedical Imaging Facility, Wuhan National Laboratory for Optoelectronics, Huazhong University of Science and Technology, Wuhan 430074, Hubei, P. R. China
5 Precision Laser Medical Diagnosis and Treatment Innovation Unit, Chinese Academy of Medical Sciences, Beijing 100000, P. R. China
Vascular-targeted photodynamic therapy (V-PDT) is an effective treatment for port wine stains (PWS). However, repeated treatment is usually needed to achieve optimal treatment outcomes, possibly due to the limited treatment light penetration depth in the PWS lesion. The optical clearing technique can increase light penetration in depth by reducing light scattering. This study aimed to investigate the V-PDT in combination with an optical clearing agent (OCA) for the therapeutic enhancement of V-PDT in the rodent skinfold window chamber model. Vascular responses were closely monitored with laser speckle contrast imaging (LSCI), optical coherence tomography angiography, and stereo microscope before, during, and after the treatment. We further quantitatively demonstrated the effects of V-PDT in combination with OCA on the blood flow and blood vessel size of skin microvasculature. The combination of OCA and V-PDT resulted in significant vascular damage, including vasoconstriction and the reduction of blood flow. Our results indicate the promising potential of OCA for enhancing V-PDT for treating vascular-related diseases, including PWS.
Vascular-targeted photodynamic therapy (V-PDT) optical clearing agent (OCA) treatment efficacy enhancement skin-fold window chamber port wine stains Journal of Innovative Optical Health Sciences
2024, 17(2): 2350023
1 河北工业大学机械工程学院，天津 300401
2 天津大学精密仪器与光电子工程学院，天津 300072
3 西安交通大学机械工程学院，陕西 西安 710049
4 中国飞机强度研究所强度与结构完整性全国重点实验室，陕西 西安 710065
条纹投影轮廓术广泛应用于重建物体表面三维形貌。但当测量彩色高反光表面物体时，受环境光照及投影条纹反射的影响，存在相机所采集图像像素过饱和，进而无法测量高反光区域表面三维数据的难题。为解决此问题，本文利用物体表面对不同颜色光反射特性的差异，提出了一种根据被测彩色物体表面色彩分布的自适应编码高反光表面条纹投影轮廓术。该方法通过向高反光区域投射与表面颜色互为补色的颜色光，利用物体对互补色光的高吸收、低反射现象，抑制表面高光的形成，从而实现高反光彩色物体的三维形貌测量。实验结果表明，与多重曝光方法相比，利用单幅自适应颜色编码能够替代多次曝光时间设置下的条纹投影重建，有效降低了投影图像的数量，提高了测量效率。
三维测量 条纹投影 高反光物体表面 颜色编码
1 北京理工大学光电学院，北京 100081
2 北京卫星环境工程研究所，北京 100094
3 北京空间飞行器总体设计部，北京 100094
4 北京宇航系统工程研究所，北京 100076
太阳上层大气，即日冕、过渡区和色球，是由炽热的高度动态的磁化等离子体构成，其中高度电离的离子发射出丰富的极紫外谱线。空间太阳极紫外光谱成像观测对于捕获太阳上层大气中爆发活动的动态物理演化过程，以及实现对大气等离子体特征参数的精确测量具有重要的意义。然而现有的极紫外光谱成像仪器只能针对太阳上层大气的一个或两个目标区域进行成像观测，缺乏采用单一仪器对整个太阳上层大气区域在大空间和宽波段尺度范围内的光谱进行诊断的能力，严重制约了人们对太阳爆发活动中的能量及物质输运过程的理解。为了利用单个仪器实现对日冕、过渡区和色球的高分辨率同时诊断观测，本文提出并设计了一款同时工作在17∼21 nm、70∼80 nm和95∼105 nm三个波段的太阳极紫外成像光谱仪，该仪器基于非罗兰圆结构下的椭球面变线距（EVLS）光栅像差校正理论，采用狭缝扫描式成像光谱结构，实现了具有大离轴狭缝视场的高空间、高光谱分辨的消像散光谱成像。基于蒙特卡罗统计模拟方法对太阳极紫外三波段成像光谱仪的最优模型开展光线追迹仿真实验，仿真结果表明，所设计的成像光谱仪取得了良好的光栅像差校正效果，系统空间分辨率优于0.6″，光谱分辨率在17∼21 nm波段优于0.006 nm，在70∼80 nm和95∼105 nm波段优于0.008 nm。本文研究对我国未来的太阳极紫外光谱成像仪器的发展和研制具有重要的理论意义，对我国未来的太阳空间探测任务的型号遴选具有重要的参考价值。
太阳空间探测 太阳极紫外 成像光谱仪 光栅像差校正 光线追迹
1 北京理工大学光电学院，北京 100081
2 北京卫星环境工程研究所，北京 100094
3 北京空间飞行器总体设计部，北京 100094
4 北京宇航系统工程研究所，北京 100076
提出了一款工作在Ne VII 46.52 nm谱线的新型三级次无狭缝成像光谱仪，该仪器采用两个超环面等线距光栅作为衍射元件，其中单个光栅仅工作于一个级次，这解决了现有三级次仪器使用单个光栅同时工作于三个级次的弊端，显著提升了系统校正离轴光栅像差的能力，结合光谱数据反演算法可以实现24′×24′视场下的高空间（1.547″）和高光谱分辨率（0.0078 nm）观测。
成像系统 太阳空间观测 太阳极紫外 成像光谱仪 无狭缝 超环面等线距光栅
1 中国科学技术大学环境科学与光电技术学院，安徽 合肥 230026
2 中国科学院合肥物质科学研究院安徽光学精密机械研究所，中国科学院环境光学与技术重点实验室，安徽 合肥 230031
3 珠海广睿汇利发展有限公司，广东 珠海 519000
4 合肥工业大学资源与环境工程学院，安徽 合肥 230009
5 四川省辐射环境管理监测中心站，四川 成都 610000
放射性核素进入水环境所导致的水体污染问题一直备受关注。水体放射性核素毒性的现场快速检测是当今环境领域面临的重要挑战。针对此问题，将蛋白核小球藻作为受试生物，以三种典型放射性核素锶（90Sr）、铯（137Cs）和钴（60Co）为研究对象，利用荧光动力学方法，研究了快速叶绿素荧光诱导动力学（OJIP）曲线及最大光化学量子产率（Fv/Fm，Fv是可变荧光，Fm是最大荧光）和光合性能参数（PIABS）对90Sr、137Cs和60Co三种放射性核素在180 min短期胁迫下的响应规律与特性，从而明确了藻类荧光动力学技术应用于水体放射性核素毒性现场快速检测的可行性。此外，通过Fv/Fm与PIABS对三种放射性核素响应性能的对比，进一步优选出可用于放射性核素毒性灵敏检测的最佳光合荧光参数。结果表明：在暴露180 min以内，90Sr、137Cs和60Co三种放射性核素均会破坏蛋白核小球藻的光合系统，引起OJIP曲线的显著变化，表明微藻荧光动力学方法能够用于水体放射性核素毒性的快速检测；Fv/Fm和PIABS对三种放射性核素的响应均具有活度浓度依赖性和时间依赖性，表明基于微藻荧光动力学方法所获取的Fv/Fm和PIABS均可作为毒性响应参数用于放射性核素毒性的检测和评估；根据基于Fv/Fm和PIABS所获取的三种放射性核素的20%效应浓度（EC20）和50%效应浓度（EC50）对比可知，PIABS相较于Fv/Fm对放射性核素毒性具有更灵敏的响应特性，因此PIABS是基于藻类荧光动力学技术实现水体放射性核素快速检测的最佳毒性响应参数。本研究为水体中放射性核素毒性的现场快速检测提供了重要的方法基础。
荧光动力学 放射性核素 微藻 光合荧光参数 毒性检测
Author Affiliations
Abstract
1 College of Optical and Electronic Technology, China Jiliang University, Hangzhou 310018, China
2 College of Materials and Chemistry, China Jiliang University, Hangzhou 310018, China
The pandemic of respiratory diseases enlightened people that monitoring respiration has promising prospects in averting many fatalities by tracking the development of diseases. However, the response speed of current optical fiber sensors is still insufficient to meet the requirements of high-frequency respiratory detection during respiratory failure. Here, a scheme for a fast and stable tachypnea monitor is proposed utilizing a water-soluble C60-Lys ion compound as functional material for the tracking of humidity change in the progression of breath. The polarization of C60-Lys can be tuned by the ambient relative humidity change, and an apparent refractive index alteration can be detected due to the small size effect. In our experiments, C60-Lys is conformally and uniformly deposited on the surface of a tilted fiber Bragg grating (TFBG) to fabricate an ultra-fast-response, high-sensitivity, and long-term stable optical fiber humidity sensor. A relative humidity (RH) detecting sensitivity of 0.080 dB/% RH and the equilibrium response time and recovery time of 1.85 s and 1.58 s are observed, respectively. Also, a linear relation is detected between the resonance intensity of the TFBG and the environment RH. In a practical breath monitoring experiment, the instantaneous response time and recovery time are measured as 40 ms and 41 ms, respectively, during a 1.5 Hz fast breath process. Furthermore, an excellent time stability and high repeatability are exhibited in experiments conducted over a range of 7 days.
humidity sensor fullerene derivative optical fiber sensing tilted fiber Bragg grating nanomaterials Chinese Optics Letters
2024, 22(2): 021201
1 中国科学院合肥物质科学研究院, 安徽光学精密机械研究所中国科学院环境光学与技术重点实验室, 安徽 合肥 230031合肥学院生物食品与环境学院, 安徽 合肥 230601
2 中国科学院合肥物质科学研究院, 安徽光学精密机械研究所中国科学院环境光学与技术重点实验室, 安徽 合肥 230031中国科学技术大学研究生院科学岛分院, 安徽 合肥 230026
3 中国科学院合肥物质科学研究院, 安徽光学精密机械研究所中国科学院环境光学与技术重点实验室, 安徽 合肥 230031安徽大学物质科学与信息技术研究院, 安徽 合肥 230601
4 中国科学院合肥物质科学研究院, 安徽光学精密机械研究所中国科学院环境光学与技术重点实验室, 安徽 合肥 230031
5 安徽大学物质科学与信息技术研究院, 安徽 合肥 230601
水体重金属铅（Pb）污染对人类健康及水生态环境具有重要影响。 为实现水体重金属Pb的现场快速检测, 以蛋白核小球藻为吸附剂, 开展了基于蛋白核小球藻富集-X射线荧光（XRF）光谱的水体重金属Pb快速检测研究。 结果表明: 蛋白核小球藻与重金属Pb反应液的pH值为7且反应温度为25 ℃时, 蛋白核小球藻对重金属Pb具有快速高效吸附特性, 在反应时间为5 min时对0.012 8～0.353 5 mg·L-1这一较宽浓度范围内重金属Pb的吸附效率高达92%以上, 但对类金属As的吸附效率却低于5%, 因此基于蛋白核小球藻的富集作用可以有效避免重金属Pb与类金属As共存时As的Kα最优特征谱峰对XRF光谱测量过程中Pb的Lα最优特征谱峰的干扰与影响; 在蛋白核小球藻对重金属Pb的最佳吸附反应条件下, 当反应液样品富集量为10 mL时, 建立了基于蛋白核小球藻富集-XRF光谱的水体重金属Pb定量检测方法, 水体重金属Pb浓度与XRF光谱中Pb的Lα特征谱峰净积分荧光强度间具有良好的线性关系, 相关系数r为0.990, 检测限为7.2 μg·L-1, 低于我国《地表水环境质量标准（GB 3838—2002）》中Ⅰ类水质标准中重金属Pb的标准限值; 采用该方法对合肥市市内派河、 匡河、 南淝河、 四里河及十五里河实际水体水样中重金属Pb进行检测, 回收率均在87.84%～115.66%范围内, 表明所建立的藻富集与XRF光谱法相结合的水体重金属Pb快速检测方法能够很好地应用于实际水体中重金属Pb的快速分析与检测。 该研究为发展水体重金属现场快速监测技术与仪器奠定了方法基础。
X射线荧光 重金属 铅 快速检测 藻富集 X-Ray fluorescence Heavy metals Lead Rapid detection Enrichment with algae 光谱学与光谱分析
2023, 43(8): 2500
1 北京中材人工晶体研究院有限公司，北京100018
2 中材人工晶体研究院有限公司，北京100018
AlON透明陶瓷因良好的透光性、热震稳定性、力学性能和良好的可加工性，在**领域和民用领域有广阔的应用前景。本文采用改进的碳热还原氮化/沸腾床法批量制备AlON粉体，单批次产能可达2 kg，在AlON粉体的XRD图谱中未观察到第二相，激光粒径分析显示平均粒径为1.54 μm，粒径分布均匀。使用该粉体进行冷等静压成型处理后，获得均匀性较好、致密度高的素坯。采用气压烧结法在1 850 ℃，氮气压力5 MPa下制备出光学透过率为82.3%，弯曲强度为310 MPa的AlON透明陶瓷片，对推进AlON透明陶瓷的应用具有一定的现实意义。
碳热还原氮化法 高纯粉体 透明陶瓷 透过率 气压烧结 AlON AlON carbothermal reduction nitridation method highpurity powder transparent ceramics transmittance gas pressure sintering
甘婷婷 1,2,3殷高方 1,2,3,*赵南京 1,2,3,**汪颖 1,2,3[ ... ]叶紫琪 4
1 中国科学院合肥物质科学研究院安徽光学精密机械研究所中国科学院环境光学与技术重点实验室，安徽 合肥 230031
2 中国科学技术大学，安徽 合肥 230026
3 安徽省环境光学监测技术重点实验室，安徽 合肥 230031
4 合肥工业大学，安徽 合肥 230009
以淡水微藻中的蛋白核小球藻为受试生物，以典型毒性氯化消毒副产物氯乙酸及三氯乙腈为研究对象，采用荧光动力学方法研究了4种光合荧光参数Fv/Fm、Fv/Fo、Fm/Fo（Fo为初始荧光强度，Fm为最大荧光强度，Fv=Fm-Fo）及PIABS对两种消毒副产物的响应规律，并分别从对低质量浓度与等质量浓度消毒副产物响应性能、10%效应质量浓度（EC10）与50%效应质量浓度（EC50）值4个方面对比了4个光合荧光参数的响应灵敏性。结果表明：4个参数对两种消毒副产物都具有质量浓度响应特性，抑制率与消毒副产物质量浓度之间都具有较好的Logistic曲线型剂量-效应关系，修正相关系数均大于0.993，其中PIABS的最大；4个参数对两种消毒副产物毒性的响应灵敏性从大到小的排序均为PIABS、Fv/Fo、Fm/Fo、Fv/Fm，因此PIABS是基于荧光动力学方法检测水体氯化消毒副产物毒性较为灵敏的响应指标。该研究结果为发展水体消毒副产物毒性的现场快速检测方法与技术提供了重要参考。
光谱学 荧光 氯化消毒副产物 生物毒性 微藻 荧光动力学 光合荧光参数 光学学报
2023, 43(24): 2430005
1 五邑大学 智能制造学部, 江门529020
2 五邑大学 应用物理与材料学院, 江门 529020
3 香港科技大学 机械及航空航天系, 香港 999077
为了研究工艺参数对激光选区熔化技术成形的CuCrZr合金微流道表面粗糙度的影响, 采用正交试验法制备了具有微流道的CuCrZr合金试样; 利用3维形貌仪和扫描电子显微镜测试样件内表面的粗糙度和微观形貌, 分析了激光功率、扫描速率、填充距离对微流道悬垂面及侧表面的粗糙度的影响规律和内在机制。结果表明, 扫描速率对于悬垂面和侧表面的粗糙度影响最大, 悬垂面受熔池自身质量影响而出现“挂渣”现象, 而侧表面粗糙度则受马兰戈尼效应的影响较大; 经过优化, 在激光功率380 W、扫描速率520 mm/s、扫描间距0.12 mm的工艺参数下, 可加工获得具有最小侧表面粗糙度（16.91 μm）的微流道样件; 在激光功率320 W、扫描速率560 mm/s、填充距离0.14 mm的工艺参数下, 可加工获得具有悬垂面最小粗糙度（24.86 μm）的微流道样件。该研究从激光工艺窗口的角度为激光选区熔化技术成形表面精度提供了依据。
激光技术 表面粗糙度 工艺参数 铜铬锆合金 laser technique surface roughness process parameter CuCrZr alloy
