Noninterferometric measurement of lead zirconate titanate inverse piezoelectric extension

A noncontacting and noninterferometric depth discrimination technique, which is based on differential confocal microscopy, was used to measure the inverse piezoelectric extension of a piezoelectric ceramic lead zirconate titanate actuator. The response characteristics of the actuator with respect to the applied voltage, including displacement, linearity, and hysteresis, were obtained with nanometer measurement accuracy. Errors of the measurement have been analyzed. (C) 2001 Society of Photo-Optical Instrumentation Engineers.

Imaging properties of coherent anti-Stokes Raman scattering microscope

The coherent anti-Stokes Raman scattering (CARS) microscope with the combination of confocal and CARS techniques is a remarkable alternative for imaging chemical or biological specimens that neither fluoresce nor tolerate labelling. CARS is a nonlinear optical process, the imaging properties of CARS microscopy will be very different from the conventional confocal microscope. In this paper, the intensity distribution and the polarization property of the optical field near the focus was calculated. By using the Green function, the precise analytic solution to the wave equation of a Hertzian dipole source was obtained. We found that the intensity distributions vary considerably with the different experimental configurations and the different specimen shapes. So the conventional description of microscope (e.g. the point spread function) will fail to describe the imaging properties of the CARS microscope.

The intensity distributions of collected signals in coherent anti-Stokes Raman scattering microscopy

Coherent anti-Stokes Raman scattering (CARS) microscopy with the combining of confocal and CARS techniques is a remarkable alternative for imaging chemical or biological specimens that neither fluoresce nor tolerate labeling. The CARS is a nonlinear optical process, the imaging properties of CARS microscopy will be very different from the conventional confocal microscopy. In this paper, we calculated the propagation of CARS signals by using the wave equation in medium and the slowly varying envelope approximation (SVEA), and find that the intensity angular distributions vary considerably with the different experimental configurations and the different specimen shapes. So the conventional description of microscopy (e.g.. the point spread function) will fail to descript the imaging properties of CARS microscopy. (c) 2004 Elsevier B.V. All rights reserved.

Dynamics of cell–matrix mechanical interactions in three dimensions

The forces cells apply to their surroundings control biological processes such as growth, adhesion, development, and migration. In the past 20 years, a number of experimental techniques have been developed to measure such cell tractions. These approaches have primarily measured the tractions applied by cells to synthetic two-dimensional substrates, which do not mimic in vivo conditions for most cell types. Many cell types live in a fibrous three-dimensional (3D) matrix environment. While studying cell behavior in such 3D matrices will provide valuable insights for the mechanobiology and tissue engineering communities, no experimental approaches have yet measured cell tractions in a fibrous 3D matrix.

This thesis describes the development and application of an experimental technique for quantifying cellular forces in a natural 3D matrix. Cells and their surrounding matrix are imaged in three dimensions with high speed confocal microscopy. The cell-induced matrix displacements are computed from the 3D image volumes using digital volume correlation. The strain tensor in the 3D matrix is computed by differentiating the displacements, and the stress tensor is computed by applying a constitutive law. Finally, tractions applied by the cells to the matrix are computed directly from the stress tensor.

The 3D traction measurement approach is used to investigate how cells mechanically interact with the matrix in biologically relevant processes such as division and invasion. During division, a single mother cell undergoes a drastic morphological change to split into two daughter cells. In a 3D matrix, dividing cells apply tensile force to the matrix through thin, persistent extensions that in turn direct the orientation and location of the daughter cells. Cell invasion into a 3D matrix is the first step required for cell migration in three dimensions. During invasion, cells initially apply minimal tractions to the matrix as they extend thin protrusions into the matrix fiber network. The invading cells anchor themselves to the matrix using these protrusions, and subsequently pull on the matrix to propel themselves forward.

Lastly, this thesis describes a constitutive model for the 3D fibrous matrix that uses a finite element (FE) approach. The FE model simulates the fibrous microstructure of the matrix and matches the cell-induced matrix displacements observed experimentally using digital volume correlation. The model is applied to predict how cells mechanically sense one another in a 3D matrix. It is found that cell-induced matrix displacements localize along linear paths. These linear paths propagate over a long range through the fibrous matrix, and provide a mechanism for cell-cell signaling and mechanosensing. The FE model developed here has the potential to reveal the effects of matrix density, inhomogeneity, and anisotropy in signaling cell behavior through mechanotransduction.

Designing superresolution optical pupil filter with constrained global optimization algorithm

In this paper, a new method for designing three-zone optical pupil filter is presented. The phase-only optical pupil filter and the amplitude-only optical pupil filters were designed. The first kind of pupil for optical data storage can increase the transverse resolution. The second kind of pupil filter can increase the axial and transverse resolution at the same time, which is applicable in three-dimension imaging in confocal microscopy. (C) 2007 Elsevier GmbH. All rights reserved.

Micromodification of element distribution in glass using femtosecond laser irradiation

We report micromodification of Eu element distribution in a silicate glass with femtosecond laser irradiation. Elemental analysis shows that the content of Eu decreased at the focal point and increased in a ring-shaped region around the focal point, which indicates migration of Eu ions has been induced by the femtosecond laser irradiation. Confocal fluorescence spectra demonstrate that the fluorescence intensity of Eu3+ ions increased by 20% in the laser-induced, Eu-enriched, ring-shaped region compared with that for nonirradiated glass. The mechanism for the laser induced change in fluorescence properties of Eu3+ has been investigated. (C) 2009 Optical Society of America

R6G单分子表面增强共振拉曼散射光谱探测研究

以共焦显微系统为平台，研究了不同浓度的R6G银溶胶的表面增强共振拉曼散射（SERRS）光谱，结果表明不同浓度溶液中的R6G分子表现出了不同的光谱特性。在浓度为10^-13mol·L^-1的R6G银溶胶中得到了R6G单分子的表面增强共振拉曼散射光谱，观察到了一些光谱非均匀变化现象，如谱色散、谱线的强度起伏、拉曼谱的偏振化以及分子的闪烁等，并对这些现象进行了分析，证明得到的是R6G单分子的SERRS光谱。文章还对单分子检测中的一些关键问题进行了分析与讨论，确定了单分子SERRS光谱检测的适当条件。

Design of adjustable superresolving filters based on birefringent crystals

A two-mode adjustable superresolving filter based on a birefringent filter is proposed. This kind of filter has superresolution in two modes of adjustment. One is rotation of the binary pupil filter on the optical axis of the system and the other is the tilt of the filter away from the pupil plane on axis parallel or perpendicular to the optical axis of the crystal. The filters act as complex amplitude filters in the former mode, and as pure phase filters in the latter. By analyzing two superresolving parameters, we obtain the optimal design parameters that ensure a large field of view, a large superresolving range, and a high setting accuracy. This kind of filter can provide more flexibility in practical applications. (c) 2006 Optical Society of America.

Phase-matching control of high-order harmonic generation in a two-color laser field

The phase-matching condition of high-order harmonic generation driven by intense few-cycle pulses could be controlled by adding second-harmonic pulses to change the ionization fraction of the gaseous medium. The harmonic generation efficiency could be improved by moving the phase-matching point with an all-optical control of the ionization fraction or a proper change of the confocal parameter. A specific order of harmonics could be easily controlled to reach phase matching at a fixed higher gas pressure by adding second-harmonic pulses with a suitable intensity. Such an all-optical phase-matching control was demonstrated to be dependent upon the temporal delay between the fundamental-wave and second harmonic pulses.

共焦扫描系统扫描深度与厚度失真分析

采用几何光学方法对共焦系统扫描时产生的扫描深度与厚度失真进行了理论分析，对名义扫描深度与实际扫描深度之间的关系进行了研究．以若丹明6G薄膜与玻片组成的多层样品为模型，对其进行了模拟计算，得到了扫描深度与厚度失真与系统数值孔径、折射率和样品厚度之间的关系．在实验上分别采用单光子荧光和双光子荧光作为检测信号，在反射式共焦扫描系统上进行了纵向扫描实验，并与模拟计算的结果进行了比较和分析．

Comportamento do titânio comercialmente puro obtido por diferentes processamentos submetidos a soluções fluoretadas

O objetivo deste estudo in vitro foi analisar o comportamento superficial do titânio comercialmente puro (grau 2 ASTM) usinado e obtido pelo processamento de metalurgia do pó sob a ação de diferentes soluções fluoretadas, através da análise do grau de corrosão em microscopia óptica (MO) e da rugosidade superficial. Além disso, o estudo se propôs a comparar essas análises com os resultados obtidos com o titânio fundido da dissertação de mestrado de Barros (2004). Todas as amostras receberam procedimento metalográfico padrão e foram divididas em grupos: Gr.1- saliva artificial com pH 7.0 (controle), Gr.2- gel de flúor fosfato acidulado a 1,23% com pH 3.5, Gr.3- gel de NaF a 2% com pH 6.5, Gr.4- solução de NaF a 0,05% com pH 4.0 e Gr.5- solução de NaF a 0,05% com pH 7.5. As amostras foram expostas a estas soluções por 1, 4, 8 e 16 min, intercaladas com imersão em saliva artificial por 24 h, e depois foram observadas em MO e MEV, a cada intervalo de tempo. As imagens em MO, 100x, foram classificadas através de escores de 0 a 4, conforme o grau de corrosão. A rugosidade foi analisada utilizando o parâmetro Ra. Os resultados da análise de MO foram tratados estatisticamente pelo teste qui-quadrado e da rugosidade pelo teste F de Snedecor e de Bonferroni (p<0,05). Nos três tipos de amostras, o Gr2 apresentou a corrosão mais severa, e os Gr.4 e 5 apresentaram os menores graus de corrosão. Entretanto, nas amostras usinadas o Gr5 apresentou uma corrosão menos acentuada em relação ao Gr4. No Gr3 houve um aumento da corrosão em função do tempo, sendo que as amostras fundidas mostraram este aumento mais rapidamente. Houve um aumento significativo na rugosidade superficial no Gr.2 nos três tipos de amostras. Nos diversos grupos, os valores de rugosidade superficial das amostras fundidas foram significantemente maiores que os das usinadas e as de metalurgia do pó. Os autores concluíram que as soluções fluoretadas de uso odontológico são danosas às superfícies do titânio fundido, usinado e metalurgia do pó, principalmente as soluções com alta concentração de fluoreto.

Síntese, caracterização e avaliação da capacidade bactericida de copolímeros à base de 2-vinilpiridina funcionalizados

Neste trabalho, dois copolímeros à base de 2-vinilpiridina (2Vpy), estireno (Sty) e divinilbenzeno (DVB) foram sintetizados empregando a técnica de polimerização em suspensão aquosa via radical livre. Os copolímeros com diferentes características morfológicas foram preparados variando a composição da mistura diluente, constituída por tolueno e n-heptano, solventes solvatantes e não solvatantes para as cadeias poliméricas. A caracterização estrutural desses materiais foi feita através de medidas de área específica, volume de poros, diâmetro médio de poros e densidade aparente. Além disso, esses materiais foram avaliados por microscopia ótica e eletrônica de varredura, por espectroscopia na região do infravermelho (FTIR), análise termogravimétrica (TGA) e análise elementar. Os copolímeros Sty-DVB-2Vpy foram modificados quimicamente através de reação de quaternização das unidades de 2Vpy usando dois reagentes: iodeto de metila e acrilonitrila. A quaternização dos copolímeros Sty-DVB-2Vpy foi confirmada através de espectroscopia de infravermelho, pelo aparecimento das bandas de absorção características do íon peridíneo e do grupo nitrila e também pela análise do comportamento térmico. Os produtos dessas reações foram submetidos à avaliação da capacidade bactericida através do método de contagem em placas contra suspensão de Escherichia coli. O copolímero do tipo gel quaternizado com iodeto de metila apresentou a maior ação bactericida registrada, com eficiência até a concentração de 104 células/mL. Contudo, a maioria dos materiais quaternizados não apresentou ação biocida significativa. Com o objetivo de maximizar a atividade bactericida dos materiais preparados, os copolímeros quaternizados e não quaternizados foram impregnados com iodo por meio de duas metodologias: em solução e em fase vapor. O teor de iodo incorporado foi quantificado por análise gravimétrica. Foi possível observar que os copolímeros quaternizados e impregnados com iodo se mostraram mais eficientes como agentes bactericidas que os copolímeros não funcionalizados impregnados com iodo. De uma forma geral, foi possível perceber que a ação bactericida dos polímeros é fruto da associação entre as suas características de porosidade, o grau de quaternização alcançado e o teor de iodo incorporado. Para efeito de comparação foram feitos também ensaios bactericidas com uma resina comercial à base de Sty-DVB com grupo amônio quaternário, VP OC 1950. Os testes mostraram que a resina comercial não possui atividade bactericida. A impregnação de iodo a essa resina comercial forneceu um material com ação biocida semelhante à do copolímero do tipo gel, quaternizado com iodeto de metila e impregnado com iodo

Dinâmica de crescimento de Cedrela odorata L. (Meliaceae) na Floresta Atlântica do Estado do Rio de Janeiro: fenologia, atividade cambial e dendrocronologia

Ao longo do século XX, poucos estudos de dendrocronologia foram desenvolvidos com espécies de ambientes tropicais, em função da crença de que as condições climáticas nessas regiões não apresentavam variações suficientemente marcantes e regulares para induzir um ritmo anual de crescimento radial. A realização de trabalhos sobre esse tema nas últimas décadas revelou que a formação de anéis de crescimento anuais nos trópicos pode estar associada a fatores diversos, como: existência de estação seca bem definida, ocorrência de inundações sazonais, respostas ao comportamento fenológico, respostas ao fotoperíodo e a ritmos endógenos. O presente estudo tem por objetivo compreender a dinâmica de crescimento radial de uma espécie da Mata Atlântica se desenvolvendo em ambiente natural. Para tanto, propôs-se: i) investigar a periodicidade da atividade cambial e dos fatores que a influenciam; ii) estimar a idade e taxa de crescimento diamétrico e iii) correlacionar os fatores ambientais com os anéis de crescimento, em indivíduos de Cedrela odorata L. Para o estudo da atividade cambial, foram obtidas amostras de caule a 1,30 m do solo, contendo periderme, faixa cambial e xilema e floema secundários, por métodos não destrutivos. A fenologia vegetativa e a frutificação dos indivíduos amostrados foram acompanhadas durante todo o período do experimento. O material coletado foi processado segundo técnicas usuais em Anatomia Vegetal e analisado sob microscopia óptica e de fluorescência. Os dados de fotoperíodo, precipitação, temperatura e fenologia vegetativa foram correlacionados à atividade cambial. Para o estudo dos anéis de crescimento, as coletas também foram realizadas a 1,30 m do solo, por meio de sonda de Pressler. As amostras obtidas foram polidas e analisadas sob microscópio estereoscópio, para demarcação e aferição do número de anéis de crescimento, e a largura dos anéis foi mensurada para a determinação das taxas de crescimento radial. A série histórica de temperatura e precipitação foi correlacionada à cronologia dos anéis de crescimento. Os resultados indicaram que a atividade cambial segue um ritmo anual de crescimento, correlacionado à sazonalidade do fotoperíodo, da precipitação e da fenologia vegetativa. A análise dos anéis de crescimento permitiu estimar a idade dos indivíduos e determinar a taxa média de incremento e as taxas de incremento diamétrico acumulado e incremento médio anual para a espécie no sítio de estudo. Os dados de incremento radial evidenciaram a ausência de relação entre a idade e o diâmetro das árvores. A análise da variação na largura dos anéis não apresentou correlações significativas com os fatores climáticos analisados.

Avaliação dos métodos para análise da microinfiltração marginal em restaurações de resina composta classe V in vitro

O objetivo deste estudo foi comparar os resultados da microinfiltração marginal obtidos por diferentes meios de aquisição de imagens e métodos de mensuração da penetração de prata em restaurações de resina composta classe V, in vitro. Dezoito pré-molares humanos hígidos, recém extraídos, foram divididos em três grupos, de acordo com o tipo de instrumento para preparação cavitária utilizado. Grupo 1: ponta diamantada número 3100, em alta rotação. Grupo 2: broca carbide número 330, em alta rotação. Grupo 3: ponta CVDentus código 82137, em aparelho de ultrassom. Foram realizados preparos cavitários padronizados (3x4x2mm) classe V nas faces vestibular e lingual de todos os dentes, com margens oclusais em esmalte e cervicais em dentina/cemento. As cavidades foram restauradas com o sistema adesivo Solobond M (VOCO) e resina composta Grandio (VOCO), a qual foi inserida e fotoativada em três incrementos. Os corpos de prova ficaram imersos em água destilada por 24h a 37oC; receberam acabamento e polimento com discos SofLex (3M) e foram novamente armazenados em água destilada, por sete dias. Posteriormente, as superfícies dentárias foram coberta com duas camadas de esmalte para unhas vermelho, exceto as áreas adjacentes às restaurações. Os espécimes ficaram imersos em solução aquosa de nitrato de prata a 50% por 24h e em solução fotorreveladora por 2h e foram seccionados no sentido vestíbulo-lingual, passando pelo centro das restaurações, com disco diamantado em baixa rotação. As amostras foram polidas em politriz horizontal e analisadas por diferentes métodos. À extensão da microinfiltração foi atribuído escores de 0 a 3 através de análises por meio de estereomicroscópio tradicional e com leds e microscópio ótico. As imagens obtidas na lupa com leds e no microscópio ótico tiveram as áreas infiltradas medidas através do software AxioVision. O teste χ2 de McNemar-Bowker revelou concordância estatística entre estereomicroscópio tradicional e o com leds (p=0,809) durante análises semiquantitativas. Porém, houve diferenças significantes entre microscópio ótico e estereomicroscópios (p<0,001). Houve boa correlação entre análises semiquantitativas e quantitativas de acordo com o teste de Spearmann (p<0,001). O teste de Kruskall-Wallis não revelou diferenças estatisticamente significantes (p=0,174) entre os grupos experimentais na análise quantitativa por microscópio ótico, em esmalte. Ao contrário do que se observa com a mesma em lupa (p<0,001). Conclui-se que o método de atribuição de escores comumente aplicado com a lupa nos estudos da microinfiltração marginal é uma opção confiável para análise da microinfiltração.

A papaína no tratamento da periodontite crônica

A raspagem subgengival e o alisamento radicular constituem o "padrão ouro" e o tratamento de eleição para a periodontite; porém, é um procedimento difícil de ser executado, que requer um intenso treinamento e que pode expor a dentina, causando hipersensibilidade dentinária pela remoção excessiva de cemento, ou produzir defeitos, como sulcos e ranhuras, além de deixar cálculo residual e não conseguir atingir toda as superfície radicular. Recentemente, um gel a base de papaína e cloramina foi introduzido no mercado (Papacárie), utilizado no tratamento da remoção de dentina cariada. Este gel poderia auxiliar na remoção do cálculo subgengival com menor desgaste do cemento. O objetivo deste trabalho foi comparar a eficácia e analisar a superfície radicular na utilização de um gel à base de papaína e cloramina, associado ao alisamento radicular, na região subgengival. Após receberem instruções de higiene oral, raspagem supragengival e polimento coronário, 18 pacientes com periodontite crônica, 6 mulheres e 12 homens, com idade média de 51 anos (8) foram tratados num modelo de boca dividida. O tratamento-teste foi constituído pela aplicação do gel na área subgengival por 1 min., seguida pelo alisamento radicular; o tratamento-controle foi constituído pela raspagem subgengival e alisamento radiculares. A terapia foi executada por 3 operadoras e os exames inicial, de 28 dias e 3 meses, foram realizados por um único examinador. Quatro dentes nunca tratados de dois outros pacientes (2 incisivos centrais inferiores e 2 premolares), com indicação para extração, foram submetidos ao tratamento teste e controle e, após a exodontia, analisados em microscopia eletrônica de varredura (MEV). Ao longo dos 3 meses, os resultados demonstraram significativa melhora nos parâmetros clínicos: sangramento à sondagem, profundidade de bolsa e ganho de inserção, tanto no lado-teste, como no lado-controle, principalmente aos 28 dias; mas não foi observada significância estatística quando ambas as formas de terapia foram comparadas. O índice de placa médio permaneceu alto ao longo do estudo. A análise do MEV demonstrou que o tratamento-teste deixou uma maior quantidade de cálculo residual sobre a superfície radicular; porém, áreas livres de cálculo também foram observadas. No tratamento-controle, verificaram-se regiões mais profundas não atingidas pelas curetas, áreas livres de cálculo e um sulco produzido pela cureta. Concluiu-se que tanto o tratamento-teste, como o controle, foram eficazes no tratamento da periodontite crônica nos 3 meses observados.