光镊拉曼光谱法分析红法夫酵母内虾青素含量

建立一种用激光镊子拉曼光谱法快速定量红法夫酵母细胞内虾青素含量的方法。测定不同浓度虾青素标准品溶液的拉曼光谱,取其1 520cm-1峰峰高绘制虾青素标准曲线;取不同氮源、碳源的红法夫酵母细胞,一部分用激光镊子拉曼光谱法测定,一部分用紫外-可见分光光度法测定;最后分析两者间的相关性。结果表明虾青素标准曲线的相关系数到达0.998 3。在单位质量红法夫酵母虾青素含量与单位体积红法夫酵母发酵液虾青素产量方面,对比激光镊子拉曼光谱法与紫外-可见分光光度法,两种方法所得数据具有良好的相关性,其相关系数分别达到0.917 7和0.905 4,表明激光镊子拉曼光谱法能够达到紫外-可见分光光度法的测定效果,是定量分析红法夫酵母细胞内虾青素的更有效方法。     

拉曼镊子分析红酵母合成类胡萝卜素

利用拉曼镊子对红酵母合成类胡萝卜素进行分析,考查氮源和碳源对类胡萝卜素产量的影响.取发酵终点细胞,一部分用于紫外光谱法测定,另一部分用拉曼镊子检测.原始光谱经过背景扣除、基线校正等方法预处理,定性分析不同培养基培养细胞的平均光谱,类胡萝卜素的拉曼信号强度有明显不同;紫外检测结果和拉曼峰高数据有良好的相关性,拟合参数的相关系数分别达到0.907 8和0.9121;定量分析1508cm1峰高表明适宜红酵母细胞生长和类胡萝卜素合成的氮源和碳源分别是酵母粉+胰蛋百胨、葡萄糖.以上结果说明,拉曼镊子能提供红酵母胞内类胡萝卜索的含量信息,是实时检测红酵母细胞类胡萝卜素合成和优化发酵培养基的有效工具.     

浓醪乙醇发酵的单细胞拉曼光谱表征

应用激光镊子拉曼光谱技术收集500L发酵罐中木薯淀粉浓醪乙醇发酵过程底物、产物及酵母单细胞的拉曼光谱,以期从单细胞水平为乙醇发酵提供新的认识。结果显示:1)拉曼光谱可以实时监测浓醪乙醇发酵过程底物与产物的变化;2)酵母细胞胞内物质的变化存在类似于产物变化的前发酵期、主发酵期和后发酵期3个阶段,但出现的时间要比产物变化晚约4h;3)为适应浓醪发酵环境,酵母细胞的生理状态和胞内物质在不断地进行调整,随着环境乙醇浓度的升高,酵母细胞在胞内累积蛋白质和脂类物质,蛋白质二级结构逐渐变为以无规则卷曲为主;4)发酵后期,酵母细胞在胞内累积大量的嘌呤类物质,但细胞间含量存在异质性。上述结果表明,单细胞拉曼光谱技术提供了一种研究微生物发酵的新方法,可从新的角度获知乙醇发酵过程酵母细胞内外的变化信息。     

拉曼光谱结合光学操控分选油脂酵母

为了探求建立准确快速分选油脂酵母的方法,尝试利用拉曼光谱与激光镊子技术,从细胞群体中分选出油脂酵母.收集各酵母细胞的拉曼光谱,经去背景、17点S-G平滑滤波、多项式拟合基线校正和矢量归一化等数据预处理,结合主成分分析,从酵母细胞的拉曼光谱中提取胞内物质的主要特征信息,根据物质构成的差异来区分油脂酵母与非油脂酵母,进而建...     

用激光拉曼光谱区分胃癌变细胞与正常细胞

利用激光拉曼光谱对胃癌细胞及正常胃细胞进行了对比检测,对胃癌细胞特征拉曼峰作了初步探讨,发现胃癌患者标本的特征拉曼峰与非胃癌患者标本的光谱有明显的不同。实验发现,浓度为每mL 1.25×105个胃癌细胞的样品在经过若干天培养后均能够被检测出胃癌细胞的特征拉曼峰,分别位于特定波长583,633,656 nm处。这是几个很少见诸报道的新拉曼光谱峰。不论是特征拉 曼峰,还是在胃癌细胞及正常胃细胞的几个共有的拉曼峰674, 707, 773, 799 nm处,拉曼光谱强度都是随血清中癌细胞浓度的增加而增加。激光拉曼光谱分析有可能发展成为一种快速有效的癌细胞检测方 法。     

拉曼光谱法结合薄层层析分析红酵母色素

利用薄层层析色谱法分离红酵母色素,结果显示,红酵母细胞能合成至少三种色素,即β-胡萝卜素、红酵母红素、圆酵母红素;采集三种色素的拉曼光谱,光谱数据经过背景扣除、基线校正、三点平滑等方法预处理,统计不同色素的平均光谱,结果表明三种色素的CC拉曼位移不同,并且β-胡萝卜素的拉曼位移最多,红酵母红素和圆酵母红素的含量较多;定量分析色素特征峰高比值,各色素峰高比值差异不大,峰高比值能用作参数,为深入研究活体细胞内色素的相对含量提供参考。以上结果表明,拉曼光谱法结合薄层层析能够分析红酵母色素,可以提供红酵母色素的丰富信息,是研究色素的有效方法。     

激光拉曼光谱对苯的低浓度探测研究

激光拉曼光谱技术是基于拉曼散射理论的检测技术,具有快速、无损、样品无需预处理等优点。运用激光拉曼光谱技术对苯的25种不同浓度的样品进行了研究,结果表明,在184.8g/L~0.264g/L浓度范围内,苯的振动拉曼光谱强度与其浓度呈线性关系,利用最小二乘法拟合得到线性相关系数R=0.99626,检出限为0.223g/L。     

姜油细胞原位拉曼光谱研究

提出一种用拉曼光谱原位分析新鲜姜油细胞中姜油主成分的方法。用徒手切片制备新鲜姜样品,该样品置于DXR 激光共焦显微拉曼光谱仪下,用20倍物镜观察到油细胞,将激光聚焦在该油细胞上,获得了姜油细胞中姜油的拉曼光谱,共21条谱峰。不同油细胞上获得的拉曼光谱非常相似。获得了姜精油的拉曼光谱,与姜精油拉曼光谱的37条谱峰比较,油细胞有19条谱峰与之有对应关系。为了解释油细胞精油及姜精油的拉曼光谱,用密度泛函理论计算了姜烯的拉曼光谱。姜精油拉曼光谱有31条谱峰,油细胞中有19条谱峰与计算光谱有对应关系。该研究提供了一种拉曼光谱技术与密度泛函理论计算结合的快速容易的精油质量控制方法。     

南极海洋芳香烃低温降解微生物的拉曼光谱分析

激光镊子拉曼光谱技术可以实现在自然状态下对单个细胞或细胞器较长时间的观察研究.应用激光镊子拉曼光谱技术实时观察南极微生物低温降解芳香烃过程中单个南极细菌的细胞生长和胞内生物大分子的动态变化过程,收集、分析其拉曼光谱,结果发现:单细胞的拉曼光谱反映了其细胞内部的生命物质组成,南极动球菌 NJ41 和希瓦氏菌 NJ49 生...     

氮源影响PHB合成代谢的拉曼光谱分析

应用拉曼光谱学结合奇异值分解方法在单细胞尺度上对杀虫贪铜菌(C.necator)H16菌株在不同的氮源下合成聚β-羟基丁酸(PHB)的代谢动态进行分析。结果显示,硫酸铵是PHB发酵的理想氮源,对应PHB发酵速度、效率和产量在测试氮源中表现最好。奇异值分解结果显示,源自RNA、DNA、蛋白质和PHB的拉曼峰是发酵的主要特征,随着发酵进程的延伸,菌体细胞差异、产物含量差别逐渐增大。分析PHB产物快速合成过程,可见表征核酸、蛋白质和PHB的782、1574、1660、1732 cm~(-1)等峰的强度变化活跃;不同氮源下,782 cm~(-1)峰与1660 cm~(-1)峰的强度呈正相关,而1660 cm~(-1)峰与1732 cm~(-1)峰的强度呈负相关。因此,不同氮源可能影响细胞的RNA代谢和蛋白质代谢,从而间接影响PHB的合成。拉曼光谱结合数据挖掘技术可以分析微生物发酵过程中的代谢信息,从分子光谱的角度为寻找最佳的发酵条件提供新的信息。     

人肝癌组织细胞的激光光镊拉曼光谱研究

激光光镊与拉曼光谱相结合形成的激光光镊拉曼光谱系统(LTRS)已用于分析生物组织标本,可对单个活细胞进行操控和光谱收集。从拉曼光谱特征峰位置、强度和线宽可得到有关细胞的组成、结构及细胞内物质相互作用的信息。文章应用LTRS系统,分析了来自人的恶性肝癌组织的不同病变部位标本,包括肝癌组织细胞、肝癌癌旁细胞和远离肝癌组织的肝脏正常的组织细胞,观察到了随肝癌的病变部位变化所出现的一些有趣的拉曼光谱峰的变化。正常的肝组织细胞在1 070和1 266 cm-1处的峰很明显,而肝癌和肝癌癌旁组织细胞的这两个峰则不明显,肝正常组织细胞的1 445 cm-1峰明显高于肝癌和肝癌癌旁组织细胞。已知1 070 cm-1峰代表脂类和核酸,1 266和1 445 cm-1峰代表脂类和蛋白。引起这些峰变化的物质很可能参与了肝癌的发生。上述初步研究结果表明：单细胞激光光镊拉曼光谱可以区分肝癌的不同病变部位,将是检测和分析肝癌组织标本的一种很好的方法。     

单细胞拉曼光谱结合多元统计方法分析不同酿酒酵母菌株的成分差异

应用单细胞拉曼光谱技术结合多元统计方法分析比较了六株不同来源的酿酒酵母菌株的同步化细胞,从而获知菌株间细胞成分的差异.利用连续密度梯度离心法分离酿酒酵母同步化细胞,分别对六个酵母菌株的同步化单细胞进行拉曼信号收集,并结合主成分分析(PCA)、辨别函数分析(DFA)两种多元统计分析光谱差异.结果表明,细胞的拉曼光谱表征其...     

单个鼻咽癌细胞的拉曼光谱分析的研究

利用激光镊子拉曼光谱系统研究了鼻咽癌细胞株和正常人鼻咽部气道上皮细胞株的单个细胞的拉曼光谱,对于每个细胞在不同部位测3个点。结果显示：正常细胞和癌细胞的平均拉曼光谱有显著差异：正常的细胞光谱强度比癌细胞的明显要高;正常细胞的1304和1336 cm-1处峰的强度比值为1.05,癌细胞的为1.22。用PCA主成分分析和DFA判别分析分别对单个细胞的平均光谱和不同位置所取得的单独光谱进行分析,结果发现：PCA和DFA均可以把癌细胞和正常细胞正确区分,对于单独光谱,DFA的效果更好一些。同时还发现同一个细胞中不同的光谱位置对PCA和DFA的区分度影响不是很大;PCA和DFA的图中还表明癌细胞的均匀度要比正常细胞的差。以上的研究均表明：激光镊子拉曼光谱可以成为区别正常鼻咽细胞和鼻咽癌细胞的有效手段。     

Multiple-trap laser tweezers Raman spectroscopy for simultaneous monitoring of the biological dynamics of multiple individual cells

We report the development of a multiple-trap laser tweezers Raman spectroscopy (LTRS) array for simultaneously acquiring Raman spectra of individual cells in physiological environments. This LTRS-array technique was also combined with phase contrast and fluorescence microscopy, allowing measurement of Raman spectra, refractility, and fluorescence images of individual cells with a temporal resolution of ~5 s. As a demonstration, we used this technique to monitor multiple Bacillus cereus spores germinating in a nutrient medium for up to 90min and observed the kinetics of dipicolinic acid release and uptake of nucleic acid-binding stain molecules during spore germination.     

单个血小板的拉曼光谱分析

利用波长为785 nm的激光束构建光镊拉曼光谱系统,俘获悬浮在生理盐水中的人和三种动物(家猪、大鼠、家兔)的单个血小板,激发并收集其拉曼光谱。单个血小板的平均拉曼光谱信号清楚地反映了血小板的生化组成特点,人血小板的拉曼光谱与三种动物的明显不同,1 524 cm-1是人类血小板所特有的拉曼信号峰,而1 157 cm-1在人类中显著高于三种动物的,人类血小板的平均I_{1 157}/ I_{1 003}为0.795,而家猪、大鼠、家兔的分别为0.532,0.502,0.485。多元统计分析结果显示,不同物种血小板的拉曼信号落入不同的空间,可以判别区分。上述结果表明,单个血小板的拉曼光谱基本反映了血小板的主要组成成分,结合多元统计分析可以用于辨别不同的物种的血小板,光镊拉曼光谱系统是实时研究细胞生理、生化变化的快速简便而有效的工具。     

Near-infrared Raman spectroscopy of single optically trapped biological cells

We report on the development and testing of a compact laser tweezers Raman spectroscopy (LTRS) system. The system combines optical trapping and near-infrared Raman spectroscopy for manipulation and identification of single biological cells in solution. A low-power diode laser at 785 nm was used for both trapping and excitation for Raman spectroscopy of the suspended microscopic particles. The design of the LTRS system provides high sensitivity and permits real-time spectroscopic measurements of the biological sample. The system was calibrated by use of polystyrene microbeads and tested on living blood cells and on both living and dead yeast cells. As expected, different images and Raman spectra were observed for the different cells. The LTRS system may provide a valuable tool for the study of fundamental cellular processes and the diagnosis of cellular disorders.     

基于拉曼光谱方法研究不同剪切力下的红细胞亚损伤

利用共聚焦拉曼光谱技术,对人工心脏泵不同剪切应力下受到亚损伤的红细胞进行实验研究,验证拉曼光谱对红细胞亚损伤程度的评估能力,为血液损伤评价提供了一种新的思路。实验采集血红蛋白和红细胞的拉曼光谱标准谱图并进行对比分析,以确定红细胞谱图特征峰的归属。用血液剪切力试验平台对测试血样施加暴露时间为1 s,大小分别为0,50,100,150,200,250和300 pa的剪切力。利用共聚焦拉曼仪器,在10倍长焦物镜,532 nm激光光源波长,积分时间10 s,积分次数2次,2.5 mW功率下采集剪切应力作用后的红细胞拉曼谱图。通过归一化的方法对比红细胞的拉曼谱图变化,评估红细胞亚损伤的程度,运用曲线拟合方法对特征峰和剪切应力进行拟合,验证拉曼光谱对红细胞亚损伤的评估能力。对比血红蛋白和红细胞的拉曼光谱标准谱图发现,红细胞谱图能够反映血红蛋白的内部结构。且结果表明,拉曼光谱法可以用于区分不同剪切应力下亚损伤的红细胞,推断剪切应力可以透过细胞膜从而影响到其内部的血红蛋白结构。且随着剪切力的增大,1 376 cm-1位置左侧谱线呈现明显抬高趋势,1 549和1 604 cm-1位置的峰强增高,1 639 cm-1位置的氧浓度标记带ν₁₀振动谱带减弱。其中1 549 cm-1位置的峰强为亚铁离子高自旋带,在不同剪切力的作用下,峰强差异表现最明显,与剪切应力呈明显的正向线性关系,拟合效果良好。拉曼光谱法检测样本处理简单、耗时短、操作简便、重现性好,且可以精确的检测到细胞内部结构的细微变化,可以评估红细胞的亚损伤程度,弥补了传统评价溶血的方法的不足,为人工心脏泵血液损伤评价提供了新的技术手段,拓宽了拉曼检测方法的应用领域。