目的:研究快速、精确获取小鼠角膜神经三维(3D)图像及其参数的技术方案。方法:选取SPF级雌性C57BL/6小鼠4只，吸入过量乙醚麻醉后使小鼠安乐死，立即在解剖显微镜下获取具有完整角膜缘的角膜4个，经过常规固定、透膜和抗β-Ⅲ微管蛋白荧光抗体标记后整铺片处理。在高分辨率去卷积显微镜下采用科学互补性金属氧化物半导体探测器捕获图像，通过显微镜系统自携带图像处理软件对图像进行3D去卷积运算，Z轴数据平面投影以及自动拼接处理得到完整的角膜神经纤维3D图像。采用交互式显微图像分析软件Imaris的丝状追踪模块中的自动检测模式获得不同区域的角膜神经密度，采用自动路径模式手动指定计算起始点到终止点的神经纤维长度。结果:在去卷积显微镜60倍油镜下，可以观察到角膜缘处呈密集网络状的基质层神经纤维在角膜缘附近进入前弹力层，并发出密集的分枝，形成基底下神经丛。这些神经丛向角膜中心伸展形成密集的神经网络样结构，在角膜顶点汇聚成漩涡状结构。少部分神经纤维丛垂直进入上皮层，并发出许多微小的神经末梢分枝。采用Imaris软件丝状物追踪模块中的自动检测模式自动统计，发现角膜神经末梢密度从角膜缘的(2 488.88±282.84)μm/μm 2逐渐增多至角膜中央的(5 766.66±298.55)μm/μm 2；角膜基质神经纤维密度从角膜缘的(40.99±0.99)μm/μm 2递减至角膜中央的(34.57±1.28)μm/μm 2。通过自动路径模式手动测量发现，角膜缘处基质层神经纤维进入前弹力层约151 μm处开始分枝形成基底下神经丛。 结论:去卷积显微镜系统可以获得整个角膜神经纤维的3D分布，Imaris图像分析软件可以自动、快速统计待测区域角膜神经纤维的不同参数。

目的:设计一款电子鼻，用于检测与识别膀胱癌尿液中的挥发性有机化合物（VOCs）标志物气体。方法:选取异丙醇、乙苯、乙酸和氨气作为目标气体，由8款金属氧化物气体传感器构建传感器阵列进行测试收集实验数据，并对不同特征归一化处理。通过递归特征消除（RFE）筛选出最佳特征子集，进一步引入主成分分析（PCA）和线性判别分析（LDA）降低数据维度便于可视化分析。此外，结合支持向量机（SVM）、随机森林（RF）、K最近邻（KNN）3种机器学习算法进行模型训练和验证。结果:特征数为12时，模型分类的准确率最高，特征子集由5个差值、5个灵敏度和2个积分组成，同时将数据降至12维；仅PCA无法区分4种气体，LDA分类效果明显好于PCA，除异丙醇与乙酸有小部分重叠区域，能够将乙苯、氨气很好地与前二者区分开，且样本点聚集在一起，聚类效果也更佳。SVM、RF和KNN的预测准确率分别为0.85、0.56、0.79，经过模型验证，PCA＋SVM、LDA＋RF和LDA＋KNN的分类准确率分别为0.97、0.94、0.97。结论:设计了一款电子鼻，能够用于检测与识别膀胱癌尿液VOCs标志物气体。

目的:基于卷积神经网络(convolutional neural networks, CNN)对多视角闪烁光处理，重建放射治疗中三维相对剂量分布。方法:利用互补金属氧化物半导体(CMOS)成像传感器捕获正交三视角的荧光图像，将荧光图像转化为三维图像，输入已训练的卷积神经网络中进行剂量重建，分别评估不同射野重建剂量的伽马通过率、均方误差(MSE)、百分深度剂量(PDD)曲线和横向剂量分布(CBP)曲线。卷积神经网络模型为3D-Unet，其预先在虚拟数据集上进行训练。结果:以50%最大剂量为阈值，3%/3 mm为标准，所有射野重建分布中心层面伽马通过率和立体平均伽马通过率均超过90%，均方误差维持在1%以下。所有射野重建分布的PDD曲线均方误差在1‰以下，CBP曲线均方误差在1%以下。结论:本研究实现了一种基于深度学习的三维闪烁光重建方法，完善了基于塑料闪烁体的瞬时三维相对剂量验证。

目的:开发细胞级高分辨率、结构与功能一体化的双模态全视场光学相干层析系统(full-field optical coherence tomography,FFOCT),实现角膜缘组织的双模态FFOCT成像.方法:基于Linnik干涉成像原理,利用高数值孔径显微物镜(NA=0.8)及高速平面互补金属氧化物半导体(complementary metal oxide semiconductor,CMOS)相机,设计搭建高分辨率的组织静态结构和内源动态功能成像一体化双模态FFOCT系统;构建基于四相位调制结构影像提取及时域干涉信号动态频谱分析的功能影像重建算法;对人供体角膜缘组织开展各深度层的双模式FFOCT成像有效性验证.结果:搭建的双模态FFOCT成像系统可实现横向分辨率0.5 μm,轴向分辨率1.7 μm,成像视野320 μm×320 μm,相机采集速度100 Hz.系统实现角膜缘组织无外源标记情况下的细胞级分辨率三维结构和内源功能成像,FFOCT静态结构影像清晰显示角膜缘上皮、Vogt栅栏、隐窝、基质、血管及淋巴管等结构,FFOCT动态功能影像突出显示了代谢活跃细胞(角膜缘上皮细胞、免疫细胞等).结论:双模态FFOCT高分辨率成像系统可提供角膜缘微观结构和活细胞无标记内源功能可视化信息,将为角膜缘疾病的研究及临床诊疗提供全新的成像分析技术.

目的 探究具有丰富氧空位的四氧化三钴/氧化铈异质结构(Co304/CeO2 HSs)模拟酶的活性及其降低氧化应激对细胞的损伤.方法 在模拟生理条件下(37℃、pH 7.4),分别将Co3O4/CeO2 HSs和CeO2纳米片(CeO2 NFs)与过氧化氢(H2O2)溶液反应,观察其对H2O2的清除能力;在同等条件下,使用溶解氧仪和TMB检测H2O2的分解产物;研究Co3O4/CeO2 HSs对鼠源成纤维L929细胞的毒性,以及在氧化应激条件下对L929细胞的保护作用.结果 在模拟生理条件下,Co3O4/CeO2 HSs能够将H2O2分解为H2O和O2,这一催化分解能力高于单一的CeO2 NFs;此外,Co3O4/CeO2 HSs具有良好的L929细胞相容性,并能有效降低氧化应激对细胞的氧化损伤.结论 通过异质结构将两种协同作用的金属氧化物连接成的Co3O4/CeO2 HSs,具有更高的催化活性.研究结果为Co3O4/CeO2 HSs及其他具有异质结构的金属氧化物模拟酶在氧化应激方面的生物学应用提供了依据.

由于纳米尺寸效应和卓越的物理化学性质,工程纳米材料(ENMs)广泛应用于生产和生活的各个领域.在农业生产领域,ENMs对高等植物生物及生态效应的风险评估备受关注.为全面认识和了解ENMs对生态系统中高等植物的影响,该文综述了农业中常用的几种ENMs(主要包括金属、金属氧化物和碳基纳米材料)对高等植物生长的影响及作用机制,探讨了ENMs对植物生物学效应的主要影响因素,包括植物种类和生长介质及ENMs粒径、形状、表面特性、浓度和处理时间.同时,从真实土壤环境、长期低剂量效应和植物吸收转运等方面对ENMs与高等植物互作研究进行了展望,以期为ENMs在农业生产上的高效利用提供参考依据.

通过对国内外抗微生物作用的纳米材料研究进行综述,总结几种最常应用的抗微生物作用的纳米材料的应用范围、作用原理及优缺点,为纳米材料的选用提供参考.目前抗微生物作用的纳米材料主要有金属元素型纳米材料、金属氧化物型纳米材料、非金属无机化合物型纳米材料、有机化合物型纳米材料和天然纳米材料等;纳米材料的抗微生物机制主要有催化反应与接触反应学说两种;有些纳米材料按现有制作方法和使用方法,具有一定的生物毒性.因此,今后应重视如何降低纳米材料的生物毒性以及进一步开发应用天然纳米材料的研究.

2007年四氧化三铁类过氧化物酶活性的发现,催生了纳米酶这一新兴多学科交叉研究方向,多种基于金属、金属氧化物和碳纳米材料的纳米酶被发现,并在环境、食品安全、化工、生物医学等领域获得应用.相应的,纳米酶催化分子机制的理论研究也取得了进展.本文将回顾化学催化的基本原理,重点总结贵金属和碳纳米酶分子机制的理论研究进展.

目的 评价氧化锌纳米颗粒(ZnO NP)水凝胶(ZnO NP-gel)高分子材料对梭曼染毒的洗消的效果.方法 化学沉淀法制备ZnO NP后,制备ZnO NP-戊烯酸,最后制备ZnO NP-gel.扫描电子显微镜(SEM)下观察形貌表征,透射电子显微镜(TEM)观察内部结构表征,粒度分布仪测定zeta电位,红外光谱(IR)分析其化学键结构,采用X射线衍射(XRD)分析其衍射图谱.通过梭曼的联苯胺显色反应测定体外梭曼的残余量.10 mL梭曼52.2 mg·L-1分别与ZnO NP 1 g·L-1和ZnO NP-gel 1 g·L-1混匀(V:V=3:1)静置30 min,过滤,小鼠sc给予滤出液40 μL·g-1,观察小鼠的中毒症状及死亡情况.结果 SEM和TEM下见ZnO NP-gel均为块状结构;ZnO NP-gel zeta电位为(-7.89±0.04)mV;IR分析显示,ZnO NP-gel的波数在754和618 cm-1处出现较强吸收峰;XRD图谱显示,合成的ZnO NP-gel在2θ=8.06738°可见明显尖峰.在相同浓度的ZnO NP-gel和ZnO NP,ZnO NP-gel体外洗消效率均显著高于ZnO NP组(n=3,P<0.05);洗消50%梭曼的时间缩短了4倍.皮下注射梭曼经ZnO NP-gel洗消后的过滤液的小鼠均未出现惊厥和死亡.结论 ZnO NP-gel对梭曼具有快速的吸附和催化双重功能的复合洗消效果,高分子修饰后能提高ZnO NP的洗消能力.

介孔硅纳米粒具有比表面积大、介孔结构高度有序、表面易修饰及对药物缓控释等特点,是被广泛用作诊断、治疗药物递送的载体.随着研究的深入,介孔硅纳米材料的生物可降解性和可代谢性越来越受到关注,这是纳米制剂向临床转化的先决条件.本文将重点介绍用金属氧化物掺杂法和有机物掺杂法制备生物可降解介孔硅纳米粒,探讨其降解原理及降解过程,并展望新型可降解介孔硅纳米粒在递药系统构建方面的应用前景.