生物醫(yī)學工程進展題庫

1、《生物醫(yī)學工程進展》試題庫《生物醫(yī)學工程進展》試題庫1.試述組織光透明技術在生物醫(yī)學成像的作用及應用前景？試述組織光透明技術在生物醫(yī)學成像的作用及應用前景？作用：生物組織屬于渾濁介質，具有高散射和低吸收的光學特性，這種高散射特性限制光在組織的穿透深度和成像的對比度，使得很多光學成像技術只能用于淺表組織，制約了光學手段檢測診斷及治療技術的發(fā)展和應用。生物組織光透明技術的作用就是通過向生物組織中引入高滲透、高折射、生物相容的化學試劑，來改變

2、組織的光學特性，以此來暫時降低光在組織中的散射、提高光在組織中的穿透深度，從而提高光學成像的成像深度，推動成像技術的發(fā)展和新方法的產生。前景：1、應用骨組織使得骨組織變得光透明，進而對骨組織下的組織成像，避免手術開骨窗照成的傷害，如應用于顱骨，用得當的成像方法獲得皮層神經亞細胞結構與微血管信息；2、解決皮膚角質層的天然阻擋作用，促進透皮給藥系統(tǒng)的研究和應用；3、皮膚光透明劑的發(fā)展推動光學相干斷層成像技術的發(fā)展；4、光透明劑使得光輻射能在

3、生物組織達到一定深度之后，可以極大地推動光學顯微成像、光學手段檢測診斷及治療技術的發(fā)展和應用。推進無損光學成像技術在臨床上的發(fā)展。2.請結合圖示，描述如何通過單分子定位的方法，實現超分辨光學顯微成像。請結合圖示，描述如何通過單分子定位的方法，實現超分辨光學顯微成像。要通過單分子定位實現超分辨光學顯微成像，首先需要利用光激活光切換的熒光探針標記感興趣的研究結構。成像過程中，利用激光對高標記密度的分子進行隨機稀疏點亮，進而進行單分子熒光成像

4、和漂白；不斷重復這種分子被漂白、新的稀疏單分子不斷被點亮、熒光成像的過程，將原本空間上密集的熒光分子在時間上進行充分的分離。隨后，利用單分子定位算法對采集到的單分子熒光圖像進行定位，可以準確得到分子發(fā)光中心位置；最后，利用這些分子位置信息，結合圖像重建算法，獲得最終的超分辨圖像。超分辨圖像質量的關鍵在于二點：一是找到有效的方法控制發(fā)光分子的密度，使同一時間內只有稀疏的熒光分子能夠發(fā)光；二是高精度地確定每個熒光分子的位置。以分辨兩個相距2

5、0nm的點光源為例。如下圖7當兩個點光源相距20nm時，由于衍射極限（一個理想點物經光學系統(tǒng)成像，由于衍射的限制，不可能得到理想像點，而是得到一個艾里斑，這樣每個物點的像就是一個彌散斑，兩個彌散斑靠近后就不好區(qū)分，這樣就限制了系統(tǒng)的分辨率，這個斑越大，分辨率越低）的限制，使得每一個點光源經過顯微系統(tǒng)所成的像為一個光斑。為了簡化起見，假定光斑為一個半徑300nm的圓斑（實際情況下，光斑不是均勻分布的，而是滿足方程(1)）。則在熒光顯微鏡下

6、，兩個點光源所成的像為圖7（a）所示。在這個時候，兩個點光源r1，r2由于半徑都在300nm，是無法區(qū)分的，幾乎重疊在一起。所以分辨率為300nm。但是如果第一時刻，只有r1光源發(fā)光，如圖7（b）所示，這時，r1是可以分辨的，我們可以對r1這個光源做中心定位，算出r1實際的位置如圖7（C）。此時相當于排除了衍射極限的限制，得到了點光源r1的較精確的位置，如圖7（d）。這時，設法使r1不再發(fā)光（進入暗態(tài)），并使得r2光源發(fā)光，4.4.光學

7、分子成像的特點是什么？可用于活體小動物光學成像的技術主要有哪幾光學分子成像的特點是什么？可用于活體小動物光學成像的技術主要有哪幾種？主流的分子成像技術有哪些？結合自己的研究方向，描述分子成像在本領種？主流的分子成像技術有哪些？結合自己的研究方向，描述分子成像在本領域的應用及其發(fā)展前景。域的應用及其發(fā)展前景。光學成像具有分辨率高、靈敏度高、價格低等優(yōu)點特別是近紅外線(nearinfraredNIR)熒光成像分辨率1~2mm可以穿透厚8cm

8、的組織熒光成像信號強可直接發(fā)出明亮的信號。此外光學對比劑發(fā)展迅速特別是隨著納米技術的深入基于納米顆粒、納米殼和量子點研發(fā)出各種生物特異的分子探針。這些都使得光學分子影像學在生物學、醫(yī)學和藥學領域中有廣泛的應用?；铙w小動物體內光學成像主要采用生物發(fā)光與熒光兩種技術。生物發(fā)光是用熒光素酶(luciferase)基因標記細胞或DNA，而熒光技術則采用熒光報告基團(GFP、RFP、Cyt及dyes等)進行標記。利用靈敏的光學檢測儀器，可以直接檢

9、測活體生物體內的細胞活動和基因行為。分子影像技術主要有磁共振成像(magicresonanceimagingMRI)、核醫(yī)學成像和光學成像三種成像方法。近年來光學分子影像學被用來研究在體情況下胚胎發(fā)育過程中的細胞和分子變化通過揭示這些變化可以直觀地看到胚胎在經歷細胞遷移和細胞分化過程中的細胞分子層面的變化。一些自發(fā)熒光蛋白已經被用作報告基因來跟蹤發(fā)育過程中的表達類型。一個熒光蛋白家族可以被激發(fā)發(fā)射出各種不同波長的光從而可以實現多標記。另

10、外熒光染料和量子點等也被用來在這些研究中提供對比。轉基因檢測可利用分子成像技術開發(fā)合適的新探針對轉基因動物體內的轉基因表達或內源性基因的活性和功能進行檢測可以對啟動子或增強子的組織特異性及可誘導性進行評價5.5.請論述納米光學探針在活體動物成像中的應用請論述納米光學探針在活體動物成像中的應用納米光學探針中的如隨著小動物成像技術的發(fā)展，成像探針種類越來越多，功能越來越強大。其中的量子點熒光標記是納米技術和體內熒光成像技術結合的一種新技術，

11、將直徑只有15納米的熒光粒子附著到DNA的特殊部分，隨后分析熒光信號的強度以及其它特性。這些粒子稱為量子點，具有獨特的光電性質，使其比生物醫(yī)學研究中常用的傳統(tǒng)熒光標簽更易檢測到。NIST的研究小組證明量子點釋放的信號強度比另外兩種傳統(tǒng)熒光標簽強2到11倍，暴露于光下時穩(wěn)定性也更好。除了能夠對活細胞進行長時間動態(tài)熒光觀測與成像，對細胞間、細胞內及其細胞器間的各種相互作用的原位實時動態(tài)示蹤外，還可以標記在其他需要研究的物質上，在長時間生命活

12、動監(jiān)測及活體示蹤上有獨到的應用優(yōu)勢。與傳統(tǒng)的熒光標記方法比較，該方法在穩(wěn)定性、靈敏度、應用范圍等方面都有重要突破。6.6.請舉例論述熒光蛋白標記技術在神經科學中應用的原理。請舉例論述熒光蛋白標記技術在神經科學中應用的原理。熒光蛋白的出現使得進行非侵入性的活體細胞成像成為了可能。使用這種熒光蛋白標志物，我們可以研究目的基因的表達情況，蛋白質運輸情況以及各種細胞內動態(tài)的生物化學信號通路。使用經過遺傳修飾的小分子有機熒光標志物構建的混合系統(tǒng)，