生物光电技术精选(五篇)

序言：作为思想的载体和知识的探索者，写作是一种独特的艺术，我们为您准备了不同风格的5篇生物光电技术，期待它们能激发您的灵感。

篇1

关键词电感耦合等离子体质谱；激光剥蚀；元素成像；单细胞分析；鼠脑切片；金纳米颗粒

1引言

生物体内的微量元素具有十分重要的生物功能，参与多种生物化学过程[1＼]，如金属离子常作为蛋白质的活性中心，催化和调节生物体内的化学反应[2＼]。微量元素还与一些疾病的发生发展密切相关[3＼]。研究发现，阿尔茨海默病（Alzheimer′sdisease，AD）患者大脑的沉积斑中有高浓度的铜、锌、铁离子[4＼]；金属离子在脑组织微区内的代谢紊乱、氧化应激与AD的形成和损伤关系密切[5＼]。因此，生物样品中微量元素的分析和检测，特别是元素的原位微区分析，无论对于研究微量元素在生物体内的结构、功能和生物效应，还是对于阐明与微量元素相关疾病的发病机理，寻找这些疾病的预防和治疗策略，都具有重要的意义。

生物体内微量元素的分析主要使用原子吸收、原子发射、原子荧光、无机质谱等原子光谱/质谱仪器完成。常规方法大都需要使用强酸消化样品，前处理过程冗长而繁琐，一般只能得到元素总量的信息，而无法得到元素在生物样品中的分布信息。如果采用具有空间分辨能力的原位分析方法，如二次离子质谱[6＼]、激光电离飞行时间质谱[7＼]、同步辐射X射线荧光[8＼]、激光烧蚀电感耦合等离子体质谱（Laserablationinductivelycoupledplasmamassspectrometry，LAICPMS）[9＼]等方法，可以实现生物样品中元素的原位、微区分析，得到元素成像图。

在上述原位元素分析方法中，LAICPMS由于具有空间分辨率好（约5μm）、分析检出限低（10

4g/L级）、仪器商品化程度高、运行成本较低等优点，逐渐成为应用最广泛的元素成像方法[10，11＼]。杨红霞等[12＼]利用LAICPMS原位分析了印度芥菜中的7种元素，得到了植物茎中的元素分布图；冯流星等[13＼]将同位素稀释法应用于LAICPMS的定量分析，建立了生物切片中Fe元素的原位定量分析方法。本实验详细描述LAICPMS元素成像的步骤和方法，并将建立的方法应用于鼠脑切片和单个细胞的元素成像分析。

2实验部分

2.1仪器与试剂

NWR213Nd：YAG激光剥蚀系统（美国NewWave公司）；四极杆电感耦合等离子体质谱仪（NexION300DICPMS，美国PerkinElmer公司）；冷冻切片机（德国LEICA1900）；NuncLabTekII腔室载玻片（美国赛默飞世尔科技有限公司）

本实验所用小鼠（C57BL/6J）购自中国医学科学院实验动物研究所；高纯Ar气和He气购自北京普莱克斯公司；LAICPMS调谐用标准物质（SRM612），30nm金纳米颗粒（RM8012）购自美国国家标准与技术研究院（NIST）；细胞培养基、小牛血清、PBS、胰酶、青霉素、链霉素均购自美国赛默飞世尔科技有限公司。

2.2样品前处理

3月龄正常小鼠麻醉后，用生理盐水快速灌注15min，再断头取脑组织。将脑组织快速冷冻，制成30μm厚的冠状切片，置于干燥器中备用。

小鼠巨噬胞（RAW264.7）用含有10%小牛血清（FBS）、100μg/mL链霉素、100units/mL青霉素的DMEM/F12培养基在培养箱中（37℃，5%CO2）培养。NIST金纳米颗粒超声处理后，用纯水稀释至合适的浓度，加入细胞培养液。细胞暴露于0.1mmol/L金纳米颗粒4h后，JP吸出细胞培养液，用PBS反复清洗后，将细胞转移至腔室载玻片，待细胞贴壁后，除去腔室间的隔断，将载玻片置于干燥器中备用。

2.3LAICPMS实验

激光剥蚀产生的气溶胶由He气载带出样品ZH（池，通过三通与Ar气混合后进入ICPMS分析。ICPMS用NIST612调谐，使U、Th信号最强且得到较低的氧化物产率（UO+/U+）。LAICPMS所用的仪器参数见表1。

LA采用线剥蚀模式，激光剥蚀时自动触发ICPMS以时间分辨模式采集质谱数据。所得数据用MicrosoftExcel处理，用IgorPro.（美国WaveMetrics公司）软件画出元素成像图。

3结果与讨论

激光烧蚀系统可以作为ICPMS的固体进样装置，工作时激光束先剥蚀样品表面，产生的固体气溶胶被载气运送至等离子体而完成电离，然后在质谱中得到检测。LAICPMS的准确分析需要尽可能地满足下面3个条件：（1）激光剥蚀产生的气溶胶与固体样品的组成相同；（2）气溶胶可以高效率地传输至质谱；（3）进入质谱的气溶胶可以完全电离[14＼]。在实际分析过程中，上CM（203/5述条件常常很难完全满足，这样会导致“元素分CM）ZH）馏”（不同元素在LAICPMS分析过程中的行为差异）的产生。为了校正激光能量、样品厚度、漂移对质谱响应的影响，LAICPMS元素成像分析时，需要选用适合内标元素。还要使用基体匹配的标准，以获取准确的定量分析结果。研究表明，相比过去常用波长的激光器（如266nm），使用213nm波长的NdKG-3∶KG-5YAG激光剥蚀得到的样品更为均匀，元素分馏效应更小[15＼]。使用氦气作为载气，可以有效地提高气溶胶的传输效率，从而提高分析的灵敏度[16＼]。因此，在本实验中，使用波长为213nm的激光，采用He气作为载气，并采用13C的信号作为内标校正元素。

3.1剥蚀模式的选择

元素成像可采用点剥蚀模式（Spotablation）或线剥蚀模式（Lineablation）完成（图1）。在点剥蚀模式中，激光在样品表面每隔一定距离取一点剥蚀样品，重复操作直到激光采样的点阵覆盖整个样品。在此模式下，采集的数据真实反映每个采样点上的元素信息，激光光斑越小，采样点越多，得到的元素成像图的分辨率越高。而在线剥蚀模式中，在样品表面每隔一定距离设置一条剥蚀线段，重复设置剥蚀线段，直到激光采样的线段覆盖整个样品。工作时激光沿直线连续剥蚀样品，此时，元素成像图的分辨率取决于激光光斑、剥蚀频率、线扫描速率，以及剥蚀线间的距离等条件。

LAICPMS分析时，如果采用点剥蚀模式，在两个剥蚀点之间需要耗费较多的时间等待质谱信号回到本底水平，才能进行下一点的分析。这样减少了有效质谱分析时间的比例，增加了元素成像分析所需要的时间。所以在本实验中，采用线剥蚀模式，并使用两种剥蚀参数分别应用于鼠脑切片和细胞样品（见表1）。需要注意的是，由于剥蚀参数的选择，最终得到的元素成像图在激光扫描的方向常会拉长变形，一般需要在最后处理过程中恢复原始比例。

3.2激光能量的选择

与地质样品不同，生物样品的含水量较高，因此在剥蚀时，必须有效地控制剥蚀条件，既要实现完全剥蚀样品，又要避免用过高的能量剥蚀而使样品中的水大量汽化，造成样品不规则撕裂和严重的元素分馏。此外，在分析生物样品时，选择较低能量密度（

3.3鼠脑和细胞的元素成像图

元素C作为生物样品的内标校正元素，Fe，Cu，Zn是生物体中重要的必需微量元素，具有多种生物功能。所以，本研究选择分析以上元素。LAICPMS分析得到的鼠脑元素成像见图3。从图3可以清楚地分辨小鼠脑的不同区域，并可以看出Fe，Cu，Zn等重要微量元素在各个脑区中的分布情况。由于Fe元素在ICPMS中受到ArO+等多原子离子的严重干扰，所以得到的Fe元素成像图不如其它元素成像图清晰。JP文献＼[18＼]报道，采用碰撞反应池技术可以消除测量时的质谱干扰，得到更加清晰的Fe元素成像图。由于缺乏可用于LAICPMS定量分析的生物标准参考物，定量元素成像分析相对困难。国外实验室常自制基体匹配的生物切片标准物质，采用外标校正的办法，实现生物样品的定量元素成像[10＼]。

如果LAICPMS技术与免疫组织化学方法相结合，使用元素标记的抗体与切片上的待测抗原反应，通过分析标记的元素，可以得到切片上蛋白质（抗原）的分布信息，进一步拓展LAICPMS在生物成像分析的应用范围。Seuma等[19＼]成功得到了两种癌症生物标志物在组织上的成像。利用类似的方法，Wang等[20＼]同时得到了Fe，Cu，Zn等金属元素和β淀粉样蛋白在老年痴呆模型鼠脑切片中的元素和分子成像图。

图4是暴露金纳米颗粒后的单细胞光学成像和元素成像图。在本实验条件下，除了Mg元素外，不能得到其它天然微量元素的清晰成像。@主要是由于细胞中的这些元素含量较低，或者是由于分析这些元素时存在较为严重干扰。从图4可见，Mg和Au元素浓度较高的位置与光学显微镜中细胞所在位置重合，而在没有细胞的位置，Mg和Au元素浓度很低。因此可以确定，Mg和Au的元素信号分别来自于细胞本身和进入细胞的金纳米颗粒。

为了准确得到单个细胞中的元素含量，需要发展合适的定量标准和校正方法。Wang等使用微喷系统制备了与细胞大小和含碳量相似的标准液滴，作为基体匹配的单细胞定量标准，成功实现LAICPMS定量分析单细胞中的金属纳米颗粒[21＼]。此外，现有的激光器最小光斑约为5μm，如果希望用LAICPMS技术得到单个细胞中的元素成像图，则需要进一步提高空间分辨率。Becker等提出的近场剥蚀技术，将LAICPMS空间分辨率提高到亚微米级，有望真正实现单个细胞成像分析[22＼]。

4结论

本研究建立了LAICPMS元素成像方法，得到了鼠脑切片、单细胞等不同水平生物样品的元素成像图。LAICPMS由于具有空间分辨率高、检出限低、运行成本较低等优势，有望作为其它生物成像技术的有力补充，在生物医学研究中得到更广泛的应用，发挥更重要的作用。

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AbstractTraceelementsplayaveryimportantroleinbiologicalorganismandcloselyrelatedtomanydiseases.Thenewanalyticalmethodsareurgentlyneededforinsitudeterminationoftraceelementsinbiologicaltissuesorsinglecells.Amethodbasedonlaserablationinductivelycoupledplasmamassspectrometry（LAICPMS）wasdevelopedforsuchinsituanalysis.Lineablationmodewaschosenandtheoutputenergyofthelaserwasalsooptimizedatalowfluenceoflessthan1J/cm2.Thetwokindsofelementalbioimagingofbothacoronalsectionfrommousebrainandsinglecellsexposedtogoldnanoparticleswereobtainedbythedevelopedmethod.Becauseoftheuniquecharacteristics，suchasgoodspatialresolution，excellentdetectionlimit，andreasonablerunningcost，LAICPMSwillbeappliedwidelyandbecomeausefultoolinbiomedicalresearchinthefuture.

KeywordsInductivelycoupledplasmamassspectrometry；Laserablation；Elementalbioimaging；Singlecellanalysis；Mousebrainsections；Goldnanoparticles

篇2

让远程特殊高等教育在特区先行先试

2001年初夏,深圳市委党委中青干部班开班。深圳电大的胡新生被选派去学习。就是在这次中青班上,胡新生结识了时任深圳市残疾人联合会组宣部主任。“我们在同一个组,相互交流。一次,他问我做什么的,我说我是搞远程教学研究的。他一听,很有兴趣,并向他展示了我校的教学模式。”

看了胡新生的远程教学演示,这位组宣部主任一下子被吸引住了,若有所思,说了句:这一教学模式很适合我们的残障朋友。这句话点燃了胡新生的激情:“好呀!我正想找一个群体进行远程教学研究,你说的残疾人这个特殊群体非常适合!”两人一拍即合。

随即,深圳市残联安排了胡新生为残疾人讲了一次课,新颖的多媒体辅助教学让这些残障人士“耳目”一新,学习热情高涨。胡新生意识到,“残障”阻挡不了他们的求知欲,最关键的是学习方式、教学工具的选择,让这些残障人士学习无障碍。

胡新生在教学实践中清楚地看到,远程教育形式可以较大限度地避开由于身体和生理缺陷给残疾人带来的制约,适合残疾人的生理、心理和学习特点,能够为残疾人提供比较灵活、便利的接受高等教育及终身学习的机会。特别是信息技术的飞速发展,为残疾人接受较高质量的高等教育提供了许多新的可能性。因此,他认定,远程教育对残疾人高等教育的发展可以起到特殊重要的作用。

2001年9月23日,深圳电大与深圳市残联联合办学的全国首届“残疾人远程教育大专班”正式开学。这个班是在深圳市残疾人联合会的参与指导下,深圳广播电视大学充分利用自身的开放教育优势,创新地应用现代远程教育技术手段,面向有学习能力的残疾人(主要是指三类残疾人:肢体残疾、聋哑和盲人)开展的现代远程教育实践探索。这一探索是深圳电大利用开放教育的理念和现代远程教育手段为残疾人发展高等教育创造出的一种新模式。

深圳电大是全国电大面向残疾人开展远程教育的先行者。深圳电大数任校长都对残疾人教育进行了大力支持。深圳电大时任校长曾仲培在中央电大残疾人教育学院成立之初为之倾注了大量的心血。近年来,该校党委书记、校长邓孟忠更是将发展残疾人教育作为一项公益事业来做,认为这是深圳电大应当承担的社会责任,抽调深圳电大的精干人员在教学和支持服务方面给予了大力支持。

“深圳残疾人远程教育模式”面向全国推广

2002年12月1日,中央电大、深圳电大、深圳残联在京举行中央电大残疾人教育学院建设合作协议签字仪式,学院建设工作正式启动。

2004年2月16日,在深圳广播电视大学开设的残疾人远程教育大专班的基础上,经报教育部高教司备案,中央广播电视大学残疾人教育学院在深圳市挂牌成立。中国残联、教育部、中央电大的领导出席了挂牌仪式,时任中国残联主席的邓朴方也为学院的揭牌题词。该学院的成立标志着电大系统开始打造残疾人教育同残疾人福利事业与就业共同发展的新平台,填补了中国社会残疾人继续教育结构的空白。

自挂牌成立之时,中央电大副校长、残疾人教育学院院长严冰就明确指出,残疾人教育学院办学思路定位为:充分利用全国电大系统的教育资源和全国残联系统的组织网络优势及政策优势,运用网络现代远程教育方式,面向全国的残疾人和残疾人工作者开展学历教育和各种培训,逐步构建起比较完善的残疾人远程高等教育系统,为建立满足全民学习需要的终身教育体系做出贡献。

深圳电大是全国电大面向残疾人开展远程教育的先行者。中央广播电视大学副校长、残疾人教育学院院长严冰深情地说,“深圳电大和深圳残联合作,较早在面向残疾人开展远程教育方面进行了有益的尝试,为全国电大残疾人教育的发展提供了经验。”胡新生认为,中央电大残疾人教育学院设在深圳,这是对深圳电大工作的充分肯定,同时,也为深圳电大开展残疾人教育提供了强大的支撑,深圳电大更应利用这样的平台,为全国电大的残疾人教育做出更多的贡献。

经过多年的发展,中央电大残疾人教育学院的办学规模正在逐渐扩大,在全国设立的教学点已达33个,且有不断增加的趋势。在具体办学实践中,逐渐把“深圳市残联+深圳电大两个单位”的办学模式拓展为“残联+电大两个系统”的办学模式,具体的办学模式主要有三个层面:一是省残联和当地省级电大合作办学;二是中心城市残联和当地电大合作办学;三是地市级残联和当地电大合作办学。在办学规模不断扩大的同时,招生规模也逐渐增长,目前共招收残疾学员5553名,已有1550名学员顺利毕业,促进了全国残疾人教育事业的发展。

创新探索背后的巨大心血

近年来,中央电大残疾人教育学院在许多方面都进行了创新探索,这其中凝聚着胡新生的巨大心血。

残疾人教育学院自主开发了阳光学习网,充分发挥了现代信息技术的优势,为学习者提供了一个完整的、虚拟的校园环境,使教、学、考都能够基于网络完成。这是国内首建的残疾人专属的学习网站。在其中教学模块,可以实现教学中的远程面授辅导、教学资源、形成性作业、实践指导、课程导学等。胡新生谈到阳光网的设计、开发及使用时谈到,阳光学习网在构建适合残疾人现代远程教育模式中起到了非常重要的作用,为满足残疾人的学习需求提供了一个非常好的平台。据悉,阳光网曾荣获2003年“用友软件杯”全国电大多媒体课件和教学网页制作大赛特别奖。

由于生理上的特点,对于残疾人来说,适合健全人的“正常”方式对于他们并不“正常”,传统的教学和学习方式不完全适合残疾人。在学习方式上,残疾人和非残疾人既有同质性,又有异质性,但是在设计教学方式时,不能简单地把两种特性相加,而应该具有一个完整的体系。胡新生说,中央电大残疾人教育学院根据实际情况,设计、实施了一种“混合”教学模式。“一方面将肢体残疾学生、聋哑学生、视障学生和非残疾学生混合编班,在一起实施教学,符合当今国际流行的全纳教育理念;另一方面课堂教学、个性化自主学习、协作学习、导学辅导、网上教学和网上考核等多种教与学手段相互补充、取长补短、综合应用。”

另据残院院长严冰介绍,在专业建设方面,残疾人教育学院力求建设能够与残疾人学习、就业密切联系,与他们未来发展需求相一致的专业,使残疾学生在接受了系统的专业教育后能够获得适于自己的、更大的职业发展空间。“比如,数字媒体专业很适合存在严重行动障碍和听力障碍的学生学习和就业。为了更进一步适合残疾人就业,这个专业又能派生出平面设计、网页制作、影视设计、动漫设计这4个方向以满足不同的就业需求。”

经过多年的不断总结和完善,中央电大残疾人教育学院基本形成了独具特色的、扁平化的教学管理模式。在教务和日常的教学管理方面,由学院直接面向各教学点进行教学、教务、学籍和考务管理,而胡新生也在办学的过程中更是如鱼得水,在办学思路上愈加明确,教学理念上更加务实。他亲自为残疾人授课,设计教学和管理模式,为残疾人远程教育付出了巨大的心血。被教育部、全国残联授予“2010年交通银行杯特殊教育园丁奖”。

篇3

关键词：红外光点测试系统；射箭技术

中图分类号：G804.66文献标识码：A文章编 号：1007-3612(2007)05-0629-05

射箭在我国是一项古老而又年轻的体育运动项目。随着时代的变迁，射箭的技术和动作姿势 ，以及对射手们的训练也逐渐有了较为完整的理论指导。本研究借助Qualisys红外光点运动测试系统对北京射箭队运动员的射箭技术进行生物力学分 析，一方面探讨应用这一测试设备对射箭技术进行分析与诊断的可行性与操作方法，另一方 面对北京射箭队运动员的射箭技术进行分析与诊断，提出技术改进建议。

1研究对象与方法

1.1研究对象研究对象为北京射箭队运动员，基本情况见表1。

1.2研究方法 应用Qualisys红外远射运动测试系统对运动员射箭技术进行采集与分析。该系统由于不需要 人工识别测量点，消除了坐标数据获得过程中的人为误差，而且该系统拍摄频率可以达到每 秒500幅，因此特别适合于测试身体运动位移细微的动作技术。

本研究分别在受试者弓（四个点）、两侧手中指掌指关节、腕关节、肘关节、肩关节、髋关 节粘贴标志点。数据采集频率为每秒100幅。由于硬件设备计算速度的限制，采集时间设为6s。

进行正式测试前，首先对测试空间进行坐标参数标定，标定通过后要求受试者在标定范围内 完成整个射箭动作。由于采集时间的限制，本研究只能采集到运动员整个动作技术中基本阶 段的开弓、固姿与瞄准、继续用力与撒放动作。

选择运动员10环动作进行数据分析。数据处理应用Qtools、Excel等计算软件。以弓上标志 点位移的突然变化作为撒放时刻。本研究中Y轴正方向指向箭发射方向，X轴正方向与Y 轴垂直，指向运动员右侧，Z轴正方向指向竖直上方。

2结果与分析

射箭整个动作技术可分为准备阶段、基本阶段、结束阶段三个动作阶段，由于采集时间的限 制，本研究只对射箭基本阶段中的开弓、固势与瞄准、继续用力与撒放动作技术进行分析。

2.1开弓阶段 开弓动作是举弓动作的继续，在持弓臂伸展的基础上拉弓臂后伸，背部肌群的收缩和拉弦臂 肩带内收肌群的力量将弓沿箭线拉开。开弓的技术规范是保持身体姿势，特别是前臂和躯干 的角度不变。拉弓臂以肩关节为圆心，以上臂长为半径做圆周运动，外观是肘的引伸，实际 是以背肌开弓，拉弦手的手指、手背、手腕并不用力。拉弦手要沿箭线直接靠向颌下，不可 去迎合弓弦和拉弦手。

2.1.1拉弦手运动情况 图1所示前四名受试运动员开弓阶段拉弦手在不同平面上的位移情况。从图1可以看出，运动员拉弦手在水平面内的运动并不是直接向后的，而是在向后拉弦开弓的同时均有向 左（靠内）方向的运动，说明此时运动员向内拉弦靠向颌下。拉弦手在矢 状面内的运动也不是水平向后的，而是向后拉弦的同时有向下运动的现象，且多数运动员是 向下运动到一定位置后又有上挑动作出现（如图1矢状面中B、C、D三名运动员）。图中所示 拉弦手 的运动与技术要求是不符的，因为开弓阶段拉弦手除了应沿箭线向后运动外不应向任何方向 运动，否则瞄准面将有可能发生偏离，导致在固势瞄准阶段需进一步调整。

2.1.2持弓臂运动情况 图2所示A和C两名运动员持弓手开弓阶段在三个方向上的位移情况。从图中可以看出， A运动员在三个方向上的位移均无规律，不但在垂直方向和左右方向上飘忽不定，甚至在前 后方向上也由前向后移动了近4 mm，说明该运动员持弓臂撑弓能力不足，表现为极不稳定 的持弓技术。而C运动员持弓手在开弓阶段的运动虽也有变化起伏，但相对而言比较平缓稳 定。该运动员持弓由左向右、由上向下开弓瞄准，在前后方向上略有后移。图2是本研 究中持弓手在开弓阶段运动最无规律和最有稳定规律的两名运动员，其他运动员持弓手动作 介于这两名运动员之间。

2.1.3躯干运动情况 开弓阶段运动员躯干应保持稳定。本研究将两肩连线和两髋连线的交角定义为躯干扭转角， 并用这一指标评价运动员躯干上下两部分的相对扭转运动。从图3中所示A、D、E3名运动员 在开弓阶段躯干扭转角度变化可以看出，多数运动员躯干在开弓阶段一直在扭转。本研究中 躯干扭转幅度平均为4.4°，最大幅度为6.1°，只有一名运动员躯干几乎没有扭转，扭转角 度仅为0.2°。开弓阶段躯干扭转的原因是由于肩背部肌群收缩用力撑弓拉弦，当用力不平 衡时两肩产生相对于下身的扭转动作。

除了躯干扭转动作外，本研究运动员开弓阶段躯干还有不同程度的晃动。图4显示本研 究A和C两名受试运动员开弓阶段躯干在水平面内的移动情况。从图中可以看出，不同运动员 身体晃动趋势并不相同。但X方向运动要远大于Y方向运动。由于X方向是水平面内垂直于箭 线的方向，也即运动员站立时的前后方向，因此图中曲线显示运动员在开弓过程中躯干的 运动主要向前移重心，移动幅度平均为5.8 mm，而在运动员左右方向，即箭线方向的运动幅 度不大，平均为1.2 mm，且有的运动员向左（前）运动，有的运动员向右（后）运动。 图3开弓阶段躯干扭转角度变化图4两名运动员开弓阶段躯干在X、Y方向上的位移

2.2固势与瞄准 固势是开弓动作的延伸，是动作形成的关键一环，是射好一支箭的基础。其结构的规范与否 直接关系到命中率，所以固势动作的质量一定要高。图5所示运动员右肘关节在开弓向固势过渡过程中的位移情况，从图中可以看出，运动员右 肘向后运动的速度在开弓阶段较快，而固势阶段速度明显下降但并没有停顿。 固势动作缓慢接近停止，因此随着固势时间的延长，相关肌肉可能会出现松弛的现象。

据比赛现场观测统计，运动员低环位中靶的箭往往瞄准时间偏长。而瞄准时间偏长，往 往是由于瞄准动作不顺利，动作不协调造成的。从肌肉收缩的松弛特性来分析，当瞄准时间 偏长时，射箭用力的诸肌肉中的弹性成份会产生松弛现象。此时，虽然运动员主观感觉上仍 保持原先的用力状态，或加力进行瞄准动作，但实际上拉弓或推弓力已因松弛特性而有所下 降。瞄准时间偏长的箭，肌肉用力受到松弛特性的影响较大，是瞄准时间偏长的箭命中环位 偏低的另一个原因。本研究中运动员平均固势瞄准时间为3.54 s，最少为2.50 s，最多为4. 30 s。 2.2.1两臂用力分析 开弓、继续用力动作，就是两臂通过肌肉用力，抵抗和克服弓的弹性力的作用，使弓的 拉距不断扩大的肌肉用力过程。因此射箭时的两臂用力形式与弓的弹性力的作用形式相适应 。

由于弓的弹性力对持弓臂产生压力与内合力的作用。因此持弓臂相应产生推力与抗内合 力。持弓臂所产生的推弓力合力并非沿着持弓臂纵轴发生推力，而是与纵轴形成一定大小的 夹角。这样才能很好地克服弓的弹性力的作用，将弓稳固地支持住。该力产生两个分力，一 个分力沿着持弓臂纵轴，抵抗和克服弓的弹性力的压力作用；另一个分力与持弓臂纵轴垂直 ，抵抗克服弓的弹性力的内合力的作用，所以亦称抗内合力。

推弓力是由持弓臂肩部的前锯肌收缩，使肩胛骨产生外展（远离脊柱）活动，使肩胛骨 稳固地固定在合适的位置，通过肩胛骨的肩关节面对持弓臂产生推力。抗内合力是通过持弓 臂肩关节的三角肌后份的收缩力，使持弓臂产生水平伸的动作趋势，产生抗内合力，将持弓 臂固定在合理的持弓位置。

为了抵抗弓的弹性力的作用，将弓拉开，拉弓臂通过勾弦手指对弓产生拉弓力。所以拉弓力 也称开弓、继续用力动作的动力。拉弓力也可以分解为沿着拉弓臂上臂的纵轴，背向肩关节 的一个分力来抵抗弓的弹性力的压力的作用，另一个分力与上臂纵轴垂直，它是克服和抵抗 内合作用，其作用是使弓的拉距不断地增大，所以该力是开弓、继续用力动作中起主要作用 ，也是开弓的动力。由解剖学知识，不难了解到，前一分力主要由前锯肌收缩力产生的。后 一分力主要由三角肌后份收缩力产生的。

2.2.2拉弦手运动 图6所示4名运动员固势阶段拉弦手在水平面和矢状面的运动情况。图中看出， 在水平面内，虽然拉弦手一直保持向后运动，但仍同时具有向左或右（即向内或向外）的运 动，有的运动员还十分明显。拉弦手在向后运动的同时还伴随着向下 运动。在固势时拉弦手需要继续用力，人弓系统在动态中瞄准撒放，但拉弦手幅度过大或不 平缓的运动显然是不合理的，特别是在左右和上下方向的运动，将影响箭线的方向，给瞄准 造成困难。图6固势阶段拉弦手水平面上、矢状面的位移情况

2.2.3持弓臂的运动 开弓、继续用力动作阶段，弓的拉距是在不断扩大的。因此作用于运动员两臂的弓的弹性力 也相应增大。

射箭时运动员的持弓臂手会在前后方向、左右方向及上下方向上产生位移。从图7中可以看 出，多数运动员的弓在固势阶段有向后运动的现象，说明运动员前撑用力并不积极。有的运 动员在固势阶段后期弓还有忽前忽后、左右晃动的现象。例如F运动员虽然向后运动幅度很 小，但整个固势阶段出现了两次向前向后和向左向右的反复。运动员A的弓一直较大幅度的 向后运动，联系图6中其拉弦手的运动状况可以发现，在固势阶段该运动员具有整体向后运 动的趋势。以上情况说明，持弓臂的前撑用力技术尚有待完善。

除运动员F外（图7），多数运动员弓在上下方向的运动幅度很小。显然，F运动员在固势 过程中弓晃动明显。

在运动幅度上，运动员在左右方向平均移动56 mm，最大70 mm，最小43 mm；在前后方向上 平均移动4.2 mm，最大5.5 mm，最小3.1 mm；在上下方向上平均移动8.7 mm，最大为105mm，最小为6.7 mm。显然在运动员主要为箭线方向的移动。这一结果可说明两方面情况：一 方面说明瞄准开始时，准星在上下方向较靠近靶心，而在左右方向上则较远离靶心。因此瞄 准动作在左右方向上的移动要大于上下方向上的移动；另一方面说明，依据肩部肌肉配布情 况，决定了持弓臂在上下方向上容易稳定，而在左右方向上，活动较大，不易稳定。所以测 试结果表明，左右方向上位移量要大于上下方向上的位移量。以上状况是否合理，有待进一 步分析。

另外从对弓上下两个标志点之间的相对位移研究发现，在固势瞄准阶段弓上下两点之间相对 位移极小，说明弓在这一阶段的变形可以忽略不计。综合弓在三个方向的位移可以说明，固 势阶段影响弓的稳定性的因素主要是平动，它对箭的准确性产生一定影响。而弓的转动和变 形对稳定性的影响极小，几乎可以忽略。

2.2.4躯干运动 躯干保持稳定是固势瞄准的基础。图8所示固势阶段运动员躯干扭转情况。联系开弓阶段运 动员躯干扭转情况和图8中曲线变化可以看出，开弓阶段躯干发生扭转的运动员在固势阶 段继续保持扭转动作，但在固势阶段后期扭转停止，而开弓阶段躯干没有扭转的运动员在固 势阶段依然保持躯干无扭转运动。

在固势阶段，本研究运动员躯干扭转幅度平均为1.5°，最大为2.3°，最小为0.3°。

图9是本研究两名运动员固势瞄准阶段躯干在前后和上下方向的运动情况。不同运 动 员躯干运动方向并不相同，运动幅度也有一定差别。瞄准动作是通过身体多环节精细、协调 配合运动情况下完成的。它并不要求运动员在瞄准的一开始就力求“对准”靶心并稳住不动 地等待撒放。如果这么做，会使瞄准动作僵化。由于人体生理、心理、肌肉收缩等多方面因 素的影响，要想保持躯干绝对不动是不可能的，与其肌肉紧张身体僵硬的试图保持躯干固定 ，不如使其平稳的运动，并在运动中瞄准、撒放。因此，固势阶段躯干向某一方向平稳的运 动是提高瞄准质量的基础，合理的做法，是要求运动员在瞄准的开始时，有规律对准靶心附 近某一位置，然后用平稳的动作，较快的速度、准确地向靶心逼近，并在运动中进行撒放。

同开弓阶段一样，运动员躯干在其前后方向（X方向）运动的幅度要远大于在其左右方向（Y 方向）上的运动。本研究中运动员在固势阶段身体在前后（X方向）移动的幅度平均为8.6 m m，最大为11.5 mm，最小为6.1 mm，在左右（Y方向）移动的幅度平均4.7 mm，最大为6 .3 mm，最小为3.4 mm。图9两名运动员固姿瞄准阶段躯干在X、Y方向上的位移

2.2.5人弓整体运动情况 固势瞄准阶段虽然要求身体相对“固定”，但不是绝对不动，相反，在瞄准时还要强调 继续用力不能停顿。因此，身体与弓的运动形式将对能否高质量瞄准撒放产生重要影响。图 10显示了本研究中一名运动员在开弓、固势瞄准和撒放过程中两髋中点、两肩中点、 头和弓中部点四个位置在不同方向上的运动情况。从图中可以看出该运动员在各个方向均没 有做到人弓运动同步。在X方向弓和两髋中点运动基本同步，但却与头和两肩中点的运动方 向相反。在Y方向，开弓阶段头与其他三点运动方向相反，在固势前半阶段四点运动同步， 但到后半段两髋中点的运动方向与其他三点运动相反。在Z方向，人体上三点运动基本同步 ，但弓的运动呈波浪式下降。本研究其他运动员人弓运动情况与其近似，只是在运动幅度上 略有差异。

图11是A运动员持弓臂各关节点和弓在整个开弓、固势阶段在三个方向上的位移情况 。在X方向和Y方向开弓和固势前半段各点运动同步性较差，但固势后半段已基本做到同步运 动，说明该运动员能及时调整持弓臂各肌肉力量的分配，保持持弓的稳定。在Z方向除肩关 节外，持弓臂肘、腕、手和弓四点位移基本同步，都是呈波浪式下降。这说明该运动员持弓 臂腕肘关节固定良好，但肩关节稳定性较差。本研究其他运动员也有类似的现象发生，但幅 度稍小。图11A运动员持弓臂固姿阶段X、Y、Z方向位移

2.3撒放动作 由于红外光点运动分析系统不能记录运动员动作技术影像，因此本研究无法准确判定固势瞄 准与撒放动作之间的特征画面，同理也不能准确判定撒放瞬间画面。因此，本研究反复观察 研究运动员动作技术和红外光点记录数据之间的关系，以弓上标志点位移的突然变化作为撒 放时刻。

观察拉弓臂勾弦手上的红外光点检测资料发现，拉弦手撒放过程中普遍存在短暂的向前，即 向拉弓动作相反方向的移动。其位移幅度平均为4.5 mm，最多为9.7 mm，最少为1.3 mm，经 历时间平均为50 ms。图12中是本研究两名运动员撒放前后钩弦手在前后方向的位移曲线。 从中可以看出，瞄准阶段钩弦手平稳持续地向后运动，但在撒放前后却有短暂且明显的向前 运动，之后才是撒放后手的向后运动。由于不能准确判断撒放时刻，因此我们也不能判定钩 弦手的这种运动是撒放前特别忌讳的“松撒”错误，还是撒放后“反向”运动。图12拉弦手撒放前后在前后方向的位移

“松撒”不但会减少箭发射的能量，而且破坏了原先的瞄准状态，对箭命中环位造成不利影 响。但从对射箭动作的不利影响来讲，“反向”运动与“松撒”的不良影响的性质是一样的 ，只不过是在动作的大小程度上有差异而已。因此“反向”运动与“松撒”是同类性质的不 良动作，但它却普遍存在，因此这一现象应引起我们的重视 与研究。

3结论

1) 本研究应用Qualisys红外光点测试系统对射箭技术中人、弓微小运动进行了细致的记录 与描述。由于红外光点测量系统的测量采样频率及分辨率极高，测试误差小，因此该测量手 段可作为射箭技术特别是运动员和弓稳定性的测量与研究的理想手段。

2) 固势阶段影响弓的稳定性的因素主要是平动，它对箭的准确性产生一定影响。而转动对 稳定性的影响极小，几乎可以忽略。

3) 受试运动员在撒放前后普遍出现“松撒”和“反向”运动的现象。

4) 多数运动员在固势阶段很难做到人弓整体，持弓臂和身体的运动并不同步。

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【关键词】光电倍增管 性能研究 应用研究 研究进展

光电倍增管的缩写为PMT，其是一种基于光电子发射、电子光学以及二次电子发射等理论，将微弱入射光转变为光电子同时得到一定倍增的一种高灵敏性的增益器件。对于光探测领域而言，光电倍增管拥有着独特超高的灵敏度，同时还拥有快速响应等众多技术优势。而光电子技术一定会发展成新的知识经济，以此在新技术领域产生更多的生产力。

1 光电倍增管具有的特性

第一，暗电流。光电倍增管即使在没有光入射的情况下，也有微弱电流流过。将其称为暗电流。作为微小电流、微弱光使用的光电倍增管，希望暗电流尽可能小。因热电子发射受到光阴极面的直接影响，因此使光电倍增管所具有的温度加以降低，可以有效地降低暗电流。但是用冷却法降低暗电流时，只能减到漏电电流的水平，并不是可以无限制的降低暗电流。

第二，时间特性。对时间分辨率有较高要求的试验，要求时间特性一定要好。一般上升时间被定义为输出脉冲高度值从10%达到90%的时间。下降时间则反之，输出从90%回到10%的时间。在响应时间测试过程中，上升时间和下降时间测试条件很苛刻。脉冲输出信号会发生波形失真的现象，容易引起误差。而渡越时间是指从入射光入射到光阴极面起，到输出脉冲出现为止的时间。

第三，稳定性。稳定性受到其自身特性、环境条件、光阴极面种类以及工作状态等众多因素所决定。造成光电倍增管出现输出不稳定现象的原因主要是光电倍增管内残余碱金属、残余气体、焊接不良、接触不良、跳火、结构松动以及极间放电等。北京滨松光子技术股份有限公司测试稳定性时，使用连续入射光，记录直流输出信号随时间的变化。一般，光电倍增管的稳定性在工作初期变化较大，随时间推移而稳定。因此应用时建议先将光电倍增管稳定（预热）30分钟后再进入工作状态。

第四，脉冲线性，光电倍增管所具有的一个非常重要的指标便是脉冲线性，出现空间电流、电压再分配、光电阴极所具有电阻率、信号电流导致的负载电阻出现负反馈等均会造成非线性状况的发生。如果正常合理使用时，多数的光电倍增管可以实现在较大范围内进行线性工作。诸如北京滨松光子技术股份有限公司CR364型号的光电倍增管，当其输出偏离2%时，脉冲线性可达100mA以上。可应用于高能物理方面的研究。

2 光电倍增管应用研究进展

人们对于光电倍增管已经研究了几十年，其应用的范围也较为广泛，如光学、自动化等领域。随着相关技术的进一步改革和发展，其生产工艺、设备、技术水平也会逐步随着更新，在参数上也得到不断提高。在此基础之上，还会出现很多具有特殊结构和功能的光电倍增管。

杨昆（2013年）[1]提到，多阳极倍增管是一类新型光电输出元器件，因其具有紧密空间构造、低噪声以及高增益等独特性能，使其在列探测器以及位置探测器中拥有着非常广泛的使用，特别是采取金属通道结构的倍增极结构之后，多阳极倍增管所具有的性能获得了极大的改善，每条输出存在的串扰不大于2%，已经实现大量的应用在阵列探测器中。日本HAMAMATSU研制的R5900系列的金属通道形式的倍增极结构是最为典型的器件，已经在国际上取得了非常广泛的应用。

买买提吐送・买买提明（2013年）[2]提到，任何生物都是一个发光源，只是由于不同生物发光的能力都相对较弱，人们肉眼通常都看不见，才会认为生物不会发光。一般光强在几百光子以下时，被人们称为是超微弱光。生物体所发出超微弱光的光强都是恒定不变的，如果光强发生了变化，则说明生物体发生了病变。因此，在医学领域研究通过利用光电倍增管制作探测光强的仪器，并利用生物体的这种特性来测试生物体是否发生了病变。所制作出来的这种仪器通常都会将设备前端制作成一个暗室的形式，这主要是因为生物体所发出的光较为微弱。

表面污染监测仪包含全身α、β表面污染监测仪（C2门）、手足α、β表面污染监测仪和便携式α、β表面污染测量仪。之前该类产品采用的探测器为流气式正比计数器，相比于闪烁计数器，其优点是无本底。但由于需要充气，需要携带储存工作气体的钢瓶，进而对仪器工作寿命和便携性带来了不足。现在表面污染监测仪逐渐采用闪烁计数法，通过光电倍增管和复合闪烁体（塑料闪烁体+ZnS（Ag））来对监测对象表面α、β进行计数，进而实现表面污染检测。

北京滨松光子技术股份有限公司研制的小型端窗双碱光电倍增管CR332型光电倍增管，采用环形聚焦+直线聚焦结构（Circular and Linear-focused ，C+L），这个结构兼具了环形聚焦结构的紧凑与直线聚焦良好的线性特性，并且迎合市场小尺寸便携式表面沾污仪的需求。受到市场的一致好评。CR332型光电倍增管具有高增益、高信噪比、高稳定性、时间响应快、低本底、能量分辨率好等诸多特性集于一身，主要应用于核辐射测量、液位监测、核素识别、手脚表面沾污仪、体外诊断等。

3 结语

综上所述，光电倍增管作为诸多领域研究的重要探测工具，诸如分析化学、天文学、分子物理学、医学成像以及高能物理学等。随着今后科技的不断进步，光电倍增管能够应用的领域也将不断地扩大，而其对科技进步有着极大的推动作用。

参考文献：

[1]Photomultiplier Tubes. HAMAMATSU （2015）.

[2]杨昆，刘新新，李晓苇.基于硅光电倍增管探测器的小动物正电子发射断层成像装置的研究进展[J].山东医药，2013，06（13）：95-96+98.

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关键词 多学科 跨大学科平台 研究生培养

在我国研究生规模化教育的背景下，提高研究生教育质量，培养高层次创新人才是深化研究生教育改革的核心问题。当今，不同学科的交叉融合成为优势学科的发展点、新兴学科的生长点、重大创新的突破点，同时也是人才培养的制高点。构建跨大学科的科研平台，探索跨学科研究生培养新模式成为解决高层次创新型人才培养核心问题的重要途径。

1.跨大学科的科研平台构建的必要性

随着研究生招生规模持续增长和研究生培养的多样化发展，跨学科、跨专业研究生的培养质量和创新能力成为高校关注的重要问题，而科研平台是支撑学科建设、布局研究领域、整合科技资源、聚集科研人才、争取重大项目、培育重大成果、促进合作交流的基础，也是高层次人才培养的关键，科研平台水平是高校教学、科学研究、人才培养、学科建设和管理水平的重要标志。围绕着创新能力提升、高层次人才培养的核心任务，进行科研平台的整体谋划和布局调整，以跨学科大平台的概念进行平台构建成为必要。重庆邮电大学适时进行了科研大平台的谋篇布局和规划发展，其中光电科研大平台是跨学科大平台中的典型实例。

2.工理结合的光电科研大平台

光电科研大平台包括中央与地方共建光电器件及系统科研和能力提升平台、微电子工程重点实验室、中地共建光信息材料实验室、中地共建射频技术平台，其整体统一在光电信息感测与传输技术重庆市科委重点实验室下，是整合光电工程学院、数理学院等多个学院的科研能力，共同构成的覆盖光电产业链上中下游的光电科研大平台，平台示意图如图1所示。平台支撑电子科学技术、光学工程、理论物理、生物医学工程等多学科的发展，并对信息与通信工程、控制科学与工程等学科的形成有力辐射。大平台学科涉及面广，学科交叉明显，为跨学科的应用型、复合型、创新型高层次人才提供了支撑。

3.光电科研大平台的研究生培养方向与内容

本跨学科科研平台主要在光电感测材料、光电感测器件与技术、光电信息传输体制与系统三个方向进行研究和高层次人才培养。三个方向彼此关系密切，有机结合，支撑了电子科学技术、光学工程、理论物理、生物医学工程等多学科的发展和高层次人才培养。

①光电信息材料的理论与技术

光电信息理论与技术体系的形成是光电感测技术应用的重要支撑，是发展新兴战略性产业的物质基础和技术关键。关于光电信息材料的理论与技术的研究近年来在国际国内都十分活跃。本研究方向以信息技术领域的新型功能材料为主要研究对象，以材料的计算机模拟、设计和仿真为主要研究方法，为新型光电信息材料，特别是新型光电传感材料的研发和改进提供理论指导，并在光电功能转化、光纤放大器、生物荧光探针等技术方面进行探索。本方向的研究能够有力支持理论物理专业、电子科学与技术中物理电子学专业的研究生培养。

②光电感测技术与器件

本方向主要对光电感测机理与技术、光电感测器件的设计与工艺技术进行研发。在光电感测机理方面，在光电信息材料理论与技术研究的基础上，针对位移、振动、角速率、光谱、光热、气体痕量分析、生命体征信息等感测对象，对其感测机理进行探索，对惯性传感、光纤传感、温度传感、光敏传感、气敏传感以及MEMS传感等单元感测技术进行探讨，对感知器件及系统的设计提出新的方案。在光电感测器件的设计与工艺技术方面，根据光电器件的基础理论及关键工艺技术，结合感测信息对象的需求，开展MOEMS传感器、角速率传感器、振动传感器、温度传感器、气敏传感器等器件及系统的设计与加工工艺技术研究，以此为基础，研究感测片上微系统、光电混合微系统集成等工艺，为光电信息的传输与系统设计提供依托。本方向是电子科学与技术、光学工程研究生培养的重要方面。

③光电信息传输体制与系统

光电信息传输的目的是将光电器件感知检测到的信息传送至上层应用，是感知层与应用层之间的连接纽带，负责总体数据传输和数据控制，提供传输连接服务和数据传输服务。在研究方向一光电材料理论探索和研究方向二光电感测器件设计的支撑下，结合国内外的技术发展和技术趋势，本研究方向重点面向智慧医疗应用，主要攻克体征信号处理、信息传输体制与标准、微系统结构与应用集成等方面的技术难题，形成智慧医疗与健康信息服务领域完整的自主知识产权，形成基于光电感测与传输的共性技术体系，为光电技术的工程化应用提供支撑。本方向是电子科学与技术、生物医学工程、通信与信息工程研究生培养重要依托。

4.基于跨学科科研大平台的研究生培养导师团队建设

学校在研究生培养过程中长期坚持导师团队的管理方式。基于跨学科科研大平台的研究生培养首先必须构建具备多学科学术背景、学术经历和研究领域的教学科研团队。在光电大平台基础上，所涉学院密切合作，形成了一支高素质的学缘结构、学历结构、学科结构合理的导师团队。团队拥有研究生导师30余名，重庆市学术技术带头人1名，重庆市巴渝学者1名，拥有智慧医疗系统与核心技术重庆高校创新团队，同时集成电路设计团队获得中国侨界创新团队贡献奖。团队具有指导电子科学与技术、光学工程、理论物理、生物信息工程、信息与通信工程等多学科研究生的多年经验，为跨学科研究生师生团队培养模式的具体实施提供了人才保障。

5.人才培养成效

近5年来，本平台在其他高校挂靠招收博士研究生3人，授予博士学位人数2人。累计招收硕士研究生已达到600余人，授予硕士学位人数超过400人，有20余名硕士生获得重庆市优秀硕士学位论文。在“挑战杯”等科技竞赛中上百人次获奖。同时，注重研究生创新实践能力的培养和提高，健全了研究生培养保障体系和质量监控制度，保障了人才培养的质量。

参考文献：