細胞光散射特性的數(shù)值模擬及實驗研究.pdf

1、光在生物組織中的傳播過程是光在不均勻介質(zhì)中傳播的過程，在這個過程中光散射是光傳播的主要形式。在生物醫(yī)學(xué)和臨床領(lǐng)域，很多疾病的輔助診斷、療效評估和預(yù)后判斷都依賴于細胞形態(tài)的識別。而生物細胞的光散射信息含有豐富的關(guān)于細胞結(jié)構(gòu)和形態(tài)特征的信息。隨著光學(xué)技術(shù)、電子技術(shù)、計算機技術(shù)的發(fā)展，光散射測量技術(shù)以其快速、簡便、無損、精確、重復(fù)性好等優(yōu)點，在醫(yī)學(xué)和生物學(xué)領(lǐng)域取得了巨大的發(fā)展，同時也使得在分子水平上研究細胞及其內(nèi)部細胞器的形態(tài)與細胞光散射信息

2、的分布變化規(guī)律成為了研究熱點。
　　本文從分子水平上分析了在癌變過程中細胞的形態(tài)特征及內(nèi)部細胞器與細胞光散射信息分布變化規(guī)律的對應(yīng)關(guān)系，建立了相應(yīng)的二維、三維細胞模型，該模型基于細胞雙橢球模型，且在模型中加入線粒體，使其更接近于真實細胞。采用時域有限差分法（finite difference time domain，F(xiàn)DTD）基于該細胞模型對細胞的光散射行為進行仿真分析。在完成理論建模仿真的同時，搭建細胞光散射實驗平臺，以真實癌細

3、胞為樣品，在較大散射角度范圍內(nèi)（10o~150o），實現(xiàn)了癌細胞的散射光信息的獲取及處理。
　　主要的研究內(nèi)容包括以下三個方面：第一，建立了細胞的二維模型并進行了光散射仿真模擬。根據(jù)該模型分析了細胞在癌變過程中，細胞核的形態(tài)及折射率、線粒體、細胞整體形狀等因素對細胞光散射特性的影響作用。第二，建立了基于FDTD理論和Mie理論的細胞三維光散射模型，對二者進行對比分析。研究了細胞核形狀、細胞整體形狀、細胞周圍介質(zhì)對細胞光散射特性的影

4、響，為探究進行大散射角度范圍內(nèi)散射光信息的獲取及結(jié)果分析提供一定的理論指導(dǎo)。第三，搭建細胞光散射實驗平臺。在10o~150o范圍內(nèi)，獲取了不同濃度癌細胞樣品的光散射信息，根據(jù)實際結(jié)果和理論結(jié)果對比分析，探究獲取細胞懸浮液的大散射角度范圍內(nèi)光散射信息的合適實驗方案及合適條件，為獲取同種類型但處在不同周期的細胞光散射信息并探究其變化規(guī)律做了相關(guān)的前期實驗準備工作。
　　理論仿真和實際實驗結(jié)果表明，來自細胞的散射光信息不僅跟細胞大小有關(guān)