论文摘要
恶性肿瘤已成为人类健康的最大威胁之一。目前,癌症病人的整体治疗效果并未有实质性提高,其中一个主要的原因是没有一种可靠有效的方法来探测到细胞癌变过程中超早期的变化,即纳米尺度的基因变异还没有导致细胞组织学上的变化。癌的形成过程中包含着上皮细胞的遗传和表观遗传改变的逐步积累,这一过程通常有好几年。然而能被显微技术检测出的结构异常与变化已经是整个过程中相当晚的阶段了。从癌症研究的角度来说,较病理组织学层面更早地检测出癌变过程非常地重要。因此,肿瘤早期发现的方法研究是亟待攻克的重要课题。本文介绍了一种基于介观反射光谱分析的纳米尺度折射率波动探测的方法。该方法避开了远场光学衍射极限的限制,有望应用于获取之前无法觉察的纳米尺度变化的统计信息。通过对生物细胞模型的分析,明确了细胞体系中近似一维光传输的条件和实现途径,为介观反射光谱获取与处理系统的设计提供依据,并为反射光谱的高信噪比探测与光谱涨落成分的正确分离提供指导；通过对介观光传输理论的分析,揭示了介观反射光谱用于纳米尺度折射率波动表征的机理,分析了混乱度作为反映细胞癌变光学指纹的可行性。运用时域有限差分方法,分析了光在一维折射率分布介质中的传播情况和光谱特征,并通过精确控制一维通道内部折射率波动的标准差和空间相关长度,定量分析了混乱度的仿真计算值及其与理论设置值的关系。结果表明,介观反射光谱对混乱度的变化是高度敏感的,一维通道内纳米尺度上的折射率波动可以通过介观反射光谱来感知,而且,混乱度在一定近似条件下,随着折射率波动方差及其相关长度的增大而线性增大。基于上述理论研究,建立介观反射光谱获取与处理系统。构建照明单元、成像单元,权衡介观通道尺度、衍射受限横向尺度、光束准直性及空间相干性之间的匹配,优化介观反射光谱获取系统的设计,确保近似一维光传输的实现和空间非相干抑制机制的实施,实现介观反射光谱的远场探测。开展了载玻片及玻璃基底的镀膜片的一系列实验,实验结果表明,采用介观反射光谱成像方法可以有效地区分以往显微成像技术无法分辨的样品混乱度的差异。本论文针对当前非常迫切并极具挑战的肿瘤超早期发现做出了一定的探索性研究,旨在发展一种超早期细胞癌变探测的光学方法,同时也期望本文的研究对未来发展可超过光学分辨极限的新方法提供一些借鉴。
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标签：医用光学与生物技术论文; 介观反射光谱论文; 光散射论文; 一维介质论文; 纳米结构论文;