介觀反射光譜成像方法與應用研究.pdf

1、惡性腫瘤已成為人類健康的最大威脅之一。目前，癌癥病人的整體治療效果并未有實質(zhì)性提高，其中一個主要的原因是沒有一種可靠有效的方法來探測到細胞癌變過程中超早期的變化，即納米尺度的基因變異還沒有導致細胞組織學上的變化。癌的形成過程中包含著上皮細胞的遺傳和表觀遺傳改變的逐步積累，這一過程通常有好幾年。然而能被顯微技術檢測出的結(jié)構(gòu)異常與變化已經(jīng)是整個過程中相當晚的階段了。從癌癥研究的角度來說，較病理組織學層面更早地檢測出癌變過程非常地重要。因此，

2、腫瘤早期發(fā)現(xiàn)的方法研究是亟待攻克的重要課題。
　　 本文介紹了一種基于介觀反射光譜分析的納米尺度折射率波動探測的方法。該方法避開了遠場光學衍射極限的限制，有望應用于獲取之前無法覺察的納米尺度變化的統(tǒng)計信息。
　　 通過對生物細胞模型的分析，明確了細胞體系中近似一維光傳輸?shù)臈l件和實現(xiàn)途徑，為介觀反射光譜獲取與處理系統(tǒng)的設計提供依據(jù)，并為反射光譜的高信噪比探測與光譜漲落成分的正確分離提供指導；通過對介觀光傳輸理論的分析，揭示

3、了介觀反射光譜用于納米尺度折射率波動表征的機理，分析了混亂度作為反映細胞癌變光學指紋的可行性。
　　 運用時域有限差分方法，分析了光在一維折射率分布介質(zhì)中的傳播情況和光譜特征，并通過精確控制一維通道內(nèi)部折射率波動的標準差和空間相關長度，定量分析了混亂度的仿真計算值及其與理論設置值的關系。結(jié)果表明，介觀反射光譜對混亂度的變化是高度敏感的，一維通道內(nèi)納米尺度上的折射率波動可以通過介觀反射光譜來感知，而且，混亂度在一定近似條件下，隨著

4、折射率波動方差及其相關長度的增大而線性增大。
　　 基于上述理論研究，建立介觀反射光譜獲取與處理系統(tǒng)。構(gòu)建照明單元、成像單元，權衡介觀通道尺度、衍射受限橫向尺度、光束準直性及空間相干性之間的匹配，優(yōu)化介觀反射光譜獲取系統(tǒng)的設計，確保近似一維光傳輸?shù)膶崿F(xiàn)和空間非相干抑制機制的實施，實現(xiàn)介觀反射光譜的遠場探測。開展了載玻片及玻璃基底的鍍膜片的一系列實驗，實驗結(jié)果表明，采用介觀反射光譜成像方法可以有效地區(qū)分以往顯微成像技術無法分辨的樣