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時間相關單光子計數ppt課件下載

素材編號:
418999
素材軟件:
PowerPoint
素材格式:
.ppt
素材上傳:
yangyiner
上傳時間:
2020-07-04
素材大小:
1 MB
素材類別:
生物課件PPT
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時間相關單光子計數ppt課件

時間相關單光子計數ppt課件免費下載是由PPT寶藏(www.ichenwin.com)會員yangyiner上傳推薦的生物課件PPT, 更新時間為2020-07-04,素材編號418999。

這是時間相關單光子計數ppt課件,包括了時間相關單光子計數(TCSPC)技術簡介,光子計數技術,單光子計數器框圖,TCSPC 實驗方框圖,TCSPC 經典工作方式和原理圖,時間相關單光子計數技術的應用等內容,歡迎點擊下載。

時間相關單光子計數(TCSPC)技術 原理及應用
信息工程學院
主講人:Alen Fielding
目錄
1 時間相關單光子計數(TCSPC)技術簡介
2 光子計數技術
3 單光子計數器框圖
4 TCSPC 實驗方框圖
5 TCSPC 經典工作方式和原理圖
6 時間相關單光子計數技術的應用
時間相關單光子計數(TCSPC)技術簡介
          時間相關單光子計數技術首先由 Bollinger、Bennett、Koechlin 三人在六十年代為檢測被射線激發的閃爍體發光而建立的,后來人們把它應用到熒光壽命的測量。它的優點如下:時間分辨本領好, 靈敏度高,測量精度高,動態范圍大,輸出數據數字化,便于計算機存貯和處理等。在近代物理、化學、生物等領域中獲得了廣泛的應用, 特別是在研究發光動力學方面更有它特殊用途.
光子計數技術
         光子計數技術也就是光電子計數,是一種計量離散的光子脈沖的數字技術。它所探測光電流強度比光電檢測器本身在室溫下的熱噪聲水平(10-14W)還要低,用通常的直流檢測方法是不能把這種湮沒在噪聲中的信號提取出來。光子計數方法利用弱光照射下光子探測器輸出電信號自然離散的特點,采用脈沖甄別技術和數字計數技術把極其弱的信號識別并提取出來。
光電倍增管(PMT)在不同光輸入時的輸出 [1]
   (a)輸入光較強時PMT輸出有漲落的直流量。
(b)輸入光較弱時PMT輸出光電流不再是連續的。
(c)輸入光極弱時PMT輸出離散的脈沖。
單光子計數器框圖[1]
TCSPC 實驗方框圖[3]
TCSPC 經典工作方式[1]
TCSPC原理及原理圖[2]
時間相關單光子計數技術的應用
熒光壽命實驗
擴散光學層析
其他應用
熒光壽命實驗
什么是熒光?什么是熒光壽命?
研究熒光壽命有什么意義?
如何測量熒光壽命?
有什么應用?
什么是熒光?什么是熒光壽命?
   當某種物質被一束激光激發后,該物質的分子吸收能量后從基態躍遷到某一激發態上,再以輻射躍遷的形式發出熒光回到基態.當激發停止后,分子的熒光強度降到激發時最大強度的1/e所需的時間稱為熒光壽命,它表示粒子在激發態存在的平均時間,通常稱為激發態的熒光壽命。 
研究熒光壽命有什么意義?
   熒光物質的熒光壽命不僅與自身的結構而且與其所處微環境的極性、粘度等條件有關,因此通過熒光壽命測定可以直接了解所研究體系發生的變化。熒光現象多發生在納秒級,這正好是分子運動所發生的時間尺度,因此利用熒光技術可以 “看” 到許多復雜的分子間作用過程,例如超分子體系中分子間的簇集、固液界面上吸附態高分子的構象重排、蛋白質高級結構的變化等[4]。
如何測量熒光壽命?
時間相關單光子法
調相法
閃頻法
有單色儀的熒光壽命光譜儀
計算方法[5]
   處于激發態的熒光分子在退激發到基態的過程中發射熒光釋放能量,激發態熒光團熒光強度的衰減用數學式表達為單指數函數:
熒光壽命原理圖
多光譜熒光壽命實驗[2]
   通常情況下為了避免光漂白效應,總的激光劑量不可能太大,而且研究對象的熒光也可能發生動態變化,此外,作為一種檢測、診斷或治療手法應用到病人身上,激光功率還受到激光安全方面的限制。因此用單色儀進行掃描獲得時間分辨熒光常常是不太可取的方法,此時要記錄多個波段的衰減曲線。
雙色分光鏡多波長探測側系統
多波長熒光實驗
對若丹明6G和熒光素的混合物,同時記錄得到的熒光強度隨時間和波長變化的曲線
時間相關單光子技術測熒光壽命的優缺點
   優點:在于靈敏度高、 測定結果準確、 系統誤差小, 是目前最流行的熒光壽命測定方法。
缺點:但是這種方法所用儀器結構復雜、 價格昂貴、 而且測定速度慢, 無法滿足某些特殊體系熒光壽命測定的要求。
應用
由于熒光分子與溶劑的相互作用、構象變化以及與蛋白、縮氨酸和脂質等的不同結合狀態而引起的熒光壽命變化。
熒光分子的壽命隨其周圍環境的折射率而變化。
壓力對熒光壽命的影響在。
電子和質子傳遞與熒光壽命的關系。
光動力學治療的相關研究.
金屬納米顆粒結合后,熒光染料的輻射衰減速率和光穩定性得到增強。
擴散光學層析成像(DOT)
什么是擴散光學層析成像?
基本原理是什么?
主要應用有那些?
優點
什么是擴散光學層析成像
   擴散光學層析成(DiffuseOpticalTomography,DOT)就是利用光與生物組織生理指標密切而靈敏的聯系,通過對組織體穿透能力較強的近紅外光照射組織體,由光電探測陣列采集漫射(擴散)光并取相關算法反推光學參數空間分布進而反映關聯生理變化。
基本原理
光子入射到生物組織中,其經歷伴隨有反射、吸收、散射和透射等過程。
光子在組織中的傳輸大多是基于傳輸理論。在傳輸理論中,主要采用吸收系數、散射系數、各向異性因子等來描述組織的光學特性。這些組織光學特性參數是激光診斷、激光治療、光劑量學等理論和臨床實踐的基礎。
從圖中可以看到大約在650-900nm有一個吸收窗口,在這個波段內對光的吸收很少,因此,可以對組織用近紅外進行照射,此時可以光子可以透過組織并探測到。
其中: μa是散射系數, g是向異性因子, μs’是約化散射系數μeff是衰減系數,I0是初始光源強度,R漫射(反射)光強度,ρ光源到探測器距離,zo,zb,μeff,rl,r2都是μa,μs’的函數。
相對均勻的組織μs’可視為常數[2]
主要應用
乳房層析成像
   例:乳腺癌檢測[8]
腦成像
   例:早產兒血樣動力變化成像[9]
肌肉與骨骼的研究
   例:骨骼的光學實驗,肌肉組織中的血流動力學和氧動力學的檢測(例:心肌細胞動力研究[10])
乳房層析照相原理圖
左圖:X光照片    右圖光學照片
腦成像原理圖
優點
測量結果受光電探測器的漂移、系統增益變化以及其他不穩定因素的影響較小。
消除了大部分探測器熱噪聲的影響,提高了測量結果的信噪比。
有比較寬的線性動態區
在乳腺檢查方面與現有的X-CT、磁共振成像(MRI)等相比,DOT系統具有無損、低價、功能成像等。
3.其他應用
1.光譜儀
  成果:
       亞納秒熒光測量系統(中國科學院長春光學機械與物理研究所2004)
       皮秒時間相關單光子計數光譜儀研制(中國科學院長春光學機械與物理研究所2003)
   應用:
       廣泛應用于冶金、鑄造、機械、金屬加工、汽車制造、有色、航空航天、兵器、化工等領域的生產過程控制,中心實驗室成品檢驗等,可用于Fe、Al、Cu、Ni、Co、Mg、Ti、Zn、Pb等多種金屬及其合金樣品分析。可對片狀、塊狀以及棒狀的固體樣品中的非金屬元素(C、P、S、B等)以及金屬元素進行準確定量分析。
2.窄脈沖激光在GI-POF光纖中的特性測量
3.全數字高精度激光測距系統的設計與實現
4.激光掃描顯微技術
參考文獻:
[1]王靜怡.多通道時間相關單光子計數DOT/FMT系統集成和操作平臺開發[D].2009.
[2] W. Becker .Advanced Time-Correlated Single Photon Counting Techniques[M] .(2009)
[3] W. Becker, A. Bergmann, C. Biskup, T. Zimmer, N. Klker, K. Benndorf,Multiwavelength TCSPC lifetime imaging, Proc. SPIE 4,620 79􀀐84 (2002)
[4]房喻.熒光壽命測定的現代方法與應用[J].化學通報,2001,64(10)
[5]劉立新,屈軍樂,林子揚等.熒光壽命成像及其在生物醫學中的應用[J].深圳大學學報(理工版),2005,22(2)
[6]張麗敏.時域熒光擴散光層析的基本理論與實驗研究[D].2009.
 

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