自2001年被发明以来，超导纳米线单光子探测器（SNSPD）迅速成长为近红外波段的明星光子探测器，其在近红外波段如1550 nm处系统探测效率超过95%，暗计数率低于1 cps（counts per second），时间抖动优于10 ps，探测速率高于1 GHz，并广泛应用在量子信息领域。近年来，研究人员开始将SNSPD引入到生物领域，以替代在近红外波段具有低信噪比、多后脉冲的半导体单光子探测器。本文将介绍SNSPD的探测原理和性能指标，并系统地阐述SNSPD在生物领域中的应用现状和发展前景。

为了实现光动力治疗过程中单线态氧的检测, 设计了一种水溶性良好的单线态氧纳米探针。首先利用再沉淀法将1,3二苯基异苯并呋喃(DPBF)封装于纳米颗粒中, 然后对纳米探针进行透射电镜、动态光散射粒径和吸收光谱表征, 表明纳米颗粒具有良好的分散性, 粒径约为200 nm, 在426 nm左右具有DPBF的特征吸收峰, 最后选择吲哚菁绿(ICG)作为光敏剂, 利用纳米探针的吸收峰变化检测单线态氧的产生。结果表明该纳米探针对单线态氧具有高灵敏度, 在光动力治疗过程中单线态氧的检测方面具有良好的应用价值。

以3-硝基邻苯二甲腈与3-巯基-1-丙磺酸钠为原料, 在醋酸盐存在下通过四环化合成了三种带四个3-磺基丙基磺酰基的水溶性酞菁。 利用紫外-可见吸收光谱, 荧光光谱等对其光谱性质进行了测量, 并计算了其荧光量子产率和单线态氧量子产率。 引入吸电子基团所合成的水溶性酞菁与ZnPc相比, 其荧光发射光谱的形状并未改变, 但其最大荧光发射波长均发生10 nm以上的红移。 三种水溶性酞菁中锌酞菁的荧光量子产率最高, 铜酞菁的荧光量子产率最低; 它们在水溶液中的荧光呈双指数衰减, 这可归结为激发态质子化或去质子化的结果。 单线态氧量子产率锌酞菁最大, 空心酞菁次之, 铜酞菁最小。 光谱分析结果表明, 合成的锌酞菁和空心酞菁具有高的单线态氧量子产率和高的光稳定性, 有望用作光动力治疗和光免疫治疗的光敏剂。

探讨光敏剂锌酞菁体外光动力疗法（ZnPc-PDT）抗肿瘤细胞的量效关系，为合理使用ZnPc提供参考。采用人脑胶质瘤细胞（U87 MG细胞）作为研究对象，用噻唑蓝(MTT)实验考察细胞存活率。采用单一变量的研究方法，分别考察了ZnPc浓度、激光功率密度、光照时间、体系氧含量和组织厚度等参量与U87 MG细胞存活率的关系。利用1,3-二苯基苯并呋喃(DPBF)和DCFH-DA活性氧探针分别检测了ZnPc-PDT过程中单线态氧的产量，并通过倒置显微镜观察经ZnPc-PDT治疗后的细胞形态和死亡细胞比例。结果表明，随着参量设置的变化，ZnPc-PDT对U87 MG细胞的杀伤力具有差异，通过调节参量，可达到较好的ZnPc-PDT治疗效果。

构建由脂肪乳剂和墨水组成的皮肤组织模型, 定量研究皮肤组织模型的吸收系数μa和散射系数μs对光敏化单线态氧(singlet oxygen, 1O2)发光特性的影响。利用1O2发光检测系统测量含光敏剂四硫磺基酞菁氯化铝的皮肤组织模型分别在中心波长为1 230, 1 270和1 310 nm处的时间分辨发光光谱, 对扣除背景信号后的时间分辨1O2发光光谱进行积分和拟合, 获得1O2发光积分强度以及激发三重态寿命τT和1O2寿命τD。结果表明在皮肤组织模型中, 1O2发光积分强度随着μa和μs的增大而减小, μa对τT和τD没有影响。τT随着μs的增加而增加, τD随μs的增加先骤降而后缓慢上升。当μa>1.5 mm-1和μs>32 cm-1时, 1O2发光积分强度和τT、τD均趋于稳定, 其中τT和τD分别为3.4±0.6 μs和3.3±0.7 μs。

采用时间分辨瞬态吸收光谱技术研究了假根羽藻外周天线寡聚体的光保护机制.分别以667 nm飞秒激光脉冲和白光脉冲作为泵浦光和探测光,探测光与泵浦光之间的延时范围和准确度分别为340 ps和134 fs.实验结果表明在泵浦光激发之后外周天线对探测光的吸收是动态变化的.对瞬态吸收光谱进行多指数拟合, 并结合外周天线的荧光发射谱和激发谱进行分析, 结果表明: 500~600 nm的瞬态吸收谱主要来源于类胡萝卜素分子, 外周天线寡聚体至少包含四种具有光保护作用的类胡萝卜素分子, 对应的S0→Sn跃迁光谱为511 nm和554 nm, 522 nm和541 nm, 530 nm和563 nm(对应管藻黄素), 536 nm和575 nm；类胡萝卜素分子以两种方式参与到光保护过程中: 一种是直接方式, 在几皮秒范围内猝灭叶绿素三重态；另一种是间接方式, 在几百皮秒范围内猝灭从叶绿素分子获得能量的单线态氧.

本文以取自蝮蛇和乌梢蛇的混合蛇油为检材,采用气相色谱-质谱法(GC-MS)对其中的游离脂肪酸成分进行了定性定量分析,分析结果表明,蛇油中含有多种的饱和脂肪酸、单不饱和脂肪酸和多不饱和脂肪酸,其中以油酸的含量为最丰;ω-6系列多不饱和脂肪酸与ω-3系列多不饱和脂肪酸的含量比为8,在理想的比值范围内(5-10之间).本文还利用微弱发光检测技术对蛇油在体外淬灭单线态氧的能力进行了研究,结果显示蛇油中含有某些天然抗氧化功能的活性成分,在一定浓度范围内具有较明显的抗氧化功能.

紫外A(UVA,320 nm～400 nm)诱发的脂质过氧化反应是通过活性氧(ROS)介导的.在UVA照射之后,单线态氧(1O2)和超氧阴离子(O2-·)是细胞内最初产生的ROS,它们进一步生成过氧化氢(H2O2),羟自由基(·OH)等其它自由基.为了探讨UVA照射后最早生成的1O2和O2-·与细胞氧化损伤后果的关系,我们采用一种特异性检测1O2和O2-·的高灵敏度化学发光探针MCLA(2-methyl-6-(4-methoxyphenyl)-3,7-dihydroimidazo[1,2-α]pyrazin-3-one hydrochloride)检测人外周血淋巴细胞经UVA照射后的化学发光变化.发现不同剂量UVA照射后,细胞MCLA化学发光变化和MDA浓度变化一致.结果表明UVA照射后1O2和O2-·的水平与由此引发的脂质过氧化损伤存在正相关关系.因此,MCLA化学发光方法可望作为一种检测UVA诱发脂质过氧化水平的简单快速方法.

将表面增强激光拉曼技术(SERS)作为探针引入光敏损伤的研究。利用这种新的光谱方法研究了新光敏剂铝酞菁对几种核酸碱基分子的光敏损伤过程，发现G(乌嘌呤)对光敏化的敏感性最强，A(腺嘌呤)其次，C(胞嘧啶)和U(尿嘧啶)则不敏感。实验证实，是铝酞菁的光动力反应产物单线态氧，在核酸碱基的光敏损伤中起主要作用。