清华大学毕业学位论文_上转换荧光高分辨率在体成像技术及应用研究.doc

上转换荧光高分辨率在体成像 技术及应用研究 (申请清华大学工学硕士学位论文) 培 养 单 位 ： 医学院 学 科 ： 生物医学工程 研 究 生 ： 指 导 教 师 : 教授 二一年月  黎 新 Research of Upconversion Fluorescence High Resolution in vivo Imaging and Its Application Thesis Submitted to Tsinghua University in partial fulfillment of the requirement for the degree of Master of Science in Biomedical Engineering by Li Xin Thesis Supervisor : Professor Huang Guoliang May, 2013 关于学位论文使用授权的说明 本人完全了解清华大学有关保留、使用学位论文的规定，即： 清华大学拥有在著作权法规定范围内学位论文的使用权，其中包括：（1）已获学位的研究生必须按学校规定提交学位论文，学校可以采用影印、缩印或其他复制手段保存研究生上交的学位论文；（2）为教学和科研目的，学校可以将公开的学位论文作为资料在图书馆、资料室等场所供校内师生阅读，或在校园网上供校内师生浏览部分内容。 本人保证遵守上述规定。 （必威体育官网网址的论文在解密后遵守此规定） 作者签名： 导师签名： 日 期： 日 期： 摘 要 自二十世纪末以来，荧光在体成像技术由于具有高灵敏度、无辐射伤害、多通道并行检测、低仪器成本等优点，得到了迅速的发展，目前已成为药物开发、肿瘤诊断、疾病监测等必不可少的工具。然而，光子在生物组织中发生较强的散射，导致成像分辨率降低；另外，目前多通道检测主要依靠光谱分离技术将不同靶标的荧光信号区分开来，光谱混叠问题限制了通道的数量（≤5通道）。两个问题荧光在体成像技术的应用范围。 本研究构建了基于的高灵敏度(0.93×10-4 wt%)、高分辨率(50 μm)在体成像平台，在该平台上实现了微阵列生物芯片（样点尺寸：25×25 μm）的在体检测。论文主要工作如下： 首先，利用有限元方法对上转换荧光在散射介质中的传播进行了模拟仿真。仿真发现， UNPs对其位置信息更为敏感，利用UNPs实现更高定位精度的在体成像。 其次，构建了基于UNPs的在体成像硬件平台，开发集仪器运动控制、图像采集分析、实时显示于一体的配套软件。制备了组织仿体，对平台的灵敏度、空间分辨率等进行了评估。仿体研究证明平台对于皮下荧光检测的灵敏度为0.93×10-4 wt%，空间分辨率达到100 μm。 再次，设计和制备了用于验证的UNP微阵列芯片（样点尺寸：25×25 μm，50×50 μm，100×100 μm；中心距：50 × 50 μm, 100 × 100 μm, 200 × 200 μm）实验结果表明：光透明剂（聚乙二醇-400与噻酮混合液）处理后，平台能分辨的最小荧光样点尺寸从50×50 μm降低至25×25 μm。 最后，将 25×25 μm的芯片包埋于活体小鼠皮下，利用构建的平台进行在体成像，获得了清晰分辨的点阵图实验结果证明25×25 μm微阵列芯片在体。 本论文构建的高灵敏度、高分辨率的在体成像系统，在领域具有重要的应用价值。 关键词：；；； Abstract Due to the advantages of high sensitivity, no radiation damage, multi-channel parallel detection and low cost, in vivo fluorescence imaging has got rapid developments in both technology and application since the end of the twentieth century, and has become an indispensable tool for various biomedical researches, such as drug development, cancer diagnostic, disease monitoring and so on. However, strong scattering of photons in biological tis