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。     

基于拉曼光谱技术的茶树叶片中类胡萝卜素含量的无损快速检测

叶片中类胡萝卜素是植被环境胁迫、光合能力和植被发育阶段的指示器。基于叶片的原位拉曼光谱响应特性对龙井43叶片的类胡萝卜素含量进行了研究,建立了两者之间的定量模型。本文共对315个龙井43叶片样本进行了拉曼光谱采集和分光光度检测。为排除检测过程中受噪声、基线漂移等因素的干扰,运用和比较了五种光谱数据预处理方法提取原始拉曼光谱中与茶叶中类胡萝卜素含量有关的有效信息。基于预处理后的数据建立了偏最小二乘(PLS)回归模型,拉曼光谱与类胡萝卜素含量的建模集和预测集的相关系数(r)分别为0.817和0.786。为进一步研究类胡萝卜素的拉曼光谱响应机理,本文采用连续投影算法(SPA)优选了17个拉曼特征波数建立相应的特征波数模型,模型的建模集和预测集的相关系数(r)分别为0.808和0.777。根据已建立的模型,探究了茶树四个不同叶位的叶片类胡萝卜素含量的变化。发现茶树叶片随着叶龄的增加,类胡萝卜素浓度呈先增后减的趋势。以第2位叶的类胡萝卜素含量最高。进一步验证了模型的可行性以及探索了将该模型应用于茶树叶片树龄和叶位探测的可能性。采用拉曼光谱技术可以实现茶树叶片中类胡萝卜素含量的原位、无损、定量检测。     

淡水养殖珍珠中有机物的激光共振拉曼光谱分析

采用3个不同的激发波长λ=514,633和785 nm对淡水养殖珍珠进行了较为系统的原位拉曼光谱研究,且与相同条件下测定的苹果蜗牛卵壳拉曼光谱进行对比,结果表明:(1)珍珠中所探测到的有机物拉曼峰频率色散明显,推测为聚乙炔类物质,而非前人所认为的类胡萝卜素;(2)苹果蜗牛卵壳中有机物为典型的类胡萝卜素,当λ变化时其拉曼峰基本无频率色散现象;(3)根据拉曼峰位置推测珍珠中聚乙炔类物质共轭C=C双键的数目约为10和16,蜗牛卵壳中类胡萝卜素的共轭C=C双键的数目约为13.     

激光拉曼光谱在类胡萝卜素研究中的应用

本文简述了类胡萝卜素的组成、特性及功能;激光拉曼光谱在类胡萝卜素浓度测量中的应用。类胡萝卜素作为一种广泛存在的天然色素,在预防人类的某些疾病,尤其是癌症方面有着比较重要的作用。拉曼光谱技术作为一种快速、无损、安全、所需样品少、可在体测量的分析测试手段而被广泛的应用,而类胡萝卜素以其独特的链式结构又比较容易被激发出强的拉曼信号,随着对类胡萝卜素各种功能的研究和相关产品的开发应用,激光拉曼光谱技术也必在此领域中有广阔的发展空间。     

拉曼光谱测定单个细菌芽孢吡啶二羧酸浓度及机理研究

应用激光镊子拉曼光谱技术(LTRS)测定19株芽孢杆菌的单个细菌芽孢吡啶二羧酸(DPA)浓度,并验证了系统的重现性。一束30 mW,785 nm的近红外激光导入倒置显微镜,形成光镊,随机俘获水溶液中的单个芽孢,同时收集其拉曼光谱信号。细菌芽孢的DPA是以与钙离子形成的鳌合物(Ca-DPA)形式存在,收集到的芽孢拉曼光谱信号反映的是Ca-DPA信息,选用信号最强、与Ca-DPA浓度成线性关系的1 017 cm-1作为其定量的谱峰。通过1 017 cm-1的峰强,推算出Ca-DPA的浓度。结果显示,单个芽孢的拉曼光谱能够很好地反映出单个芽孢的特征信息,不同种、同种不同菌株之间的芽孢的DPA浓度有所不同,同一菌株的不同芽孢个体之间DPA浓度也存在差异。该方法不需要复杂的分离、纯化过程,可在水溶液中直接俘获单个芽孢并收集其拉曼光谱信号,便可得到单个芽孢的信息,读出DPA的浓度水平。     

不同物态及单个杆菌芽孢中的2,6-吡啶二羧酸的拉曼光谱特征与结构分析

利用激光镊子拉曼系统(LTRS)测定了2,6-吡啶二羧酸(DPA)及其钙盐(Ca-DPA)的固体(粉末与晶体)和水溶液及单个细菌芽孢的光谱并进行了对比分析.不同物态的 DPA 及 Ca-DPA 的拉曼光谱有很大区别.分析导致光谱差异的结构上的原因可能有:(1)DPA 晶体产生的散射要大于 DPA 粉末所产生的散射,DPA 晶体的拉曼光谱所反映的 DPA 的特征信息比 DPA 粉末更为精确;(2)晶体状态的 DPA及Ca-DPA 中可能有水分子的存在,其与水分子间的相互作用是很强;(3)钙离子的存在影响吡啶环两边的羧基,从而使吡啶环产生一定的几何形变,羧基中的羟基也受到破坏;(4) DPA与Ca-DPA 溶液中主要存在的是DPA-2,在 Cla-DPA 溶液中钙离子主要是对吡啶环结构的稳定性产生影响.在测定单个杆菌芽孢内 DPA 的研究中发现,芽孢体内的 DPA 是以 Ca-DPA 晶体的形式存在的.     

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.     

拉曼散射技术在光合作用研究中的应用

本文阐述拉曼光谱技术在光合系统各个研究领域中的应用。包括以下几个方面:(1)估测二氢叶酚型电子载体的分子结构;(2)测定与蛋白相结合的类胡萝卜素分子的构象;(3)强光破坏前后PdOECC的SERS光谱的研究。研究结果表明拉曼光谱是研究光合作用体系结构的有力工具。     

中阶梯光栅-平面镜型空间外差拉曼光谱仪对无机化合物的探测

为了实现高分辨率、宽波段的空间外差拉曼光谱探测,使用中阶梯光栅的四个衍射级次,每个级次的对应一定范围光谱,总的光谱探测范围得到了扩增,最终根据设计,搭建了一台中阶梯光栅-平面镜的空间外差拉曼光谱(Echelle-Mirror Spatial Heterodyne Raman Spectroscopy, EMSHRS)实验平台。通过标准光源进行光谱定标得到该仪器的理论光谱分辨率为1.033 cm^(-1),单个衍射级次对应的波段宽度为1058 cm(-1),单个衍射级次对应的波段宽度为1058 cm^(-1),最后对三种无机物进行了光谱探测和分析,实验结果表明中阶梯光栅-平面镜型空间外差拉曼光谱技术可实现对无机物的快速、高分辨和宽波段检测,具有良好的应用前景。     

拉曼光谱检测生物大分子损伤的研究进展

拉曼光谱是基于拉曼散射效应而发展起来的一种光谱分析技术,体现的是分子的振动或转动信息。由于拉曼光谱技术与常规化学分析技术相比,具有对样品无损、样品制备简单和所需样品量少等特点,广泛用于生物大分子结构变化的研究。拉曼光谱不仅可以用于蛋白质、核酸和脂类等生物大分子损伤的快速检测,而且可以用于癌症的诊断与手术治疗。通过对比正常组织与癌变组织的拉曼光谱,可以找到两种组织特征吸收峰的差异,从而为癌症的最终确诊和确定肿瘤切除范围提供重要信息。文章综述了拉曼光谱检测生物大分子损伤的研究进展,介绍了利用表面增强拉曼光谱、傅里叶变换拉曼光谱和紫外共振拉曼光谱等技术在检测蛋白质二级结构、膜脂及DNA损伤中的应用,并展望了未来拉曼光谱技术的发展前景。     

光镊捕获金福菇孢子的拉曼光谱分析

使用光镊拉曼光谱系统俘获悬浮在生理盐水中的单个金福菇孢子,激发并收集其拉曼信号,结果显示单个金福菇孢子的拉曼光谱基本能呈现其内含物的组成和结构信息,脂类物质是其主要成分。同种栽培方式的3个不同菌株单个金福菇孢子的平均拉曼光谱信号基本一致,分别对其进行多元统计分析(PCA),无法区分其拉曼光谱信号;同一菌株不同栽培方式的单个孢子平均拉曼光谱的差异光谱表明其主要成分相同,都以脂类物质为主;而源自于脂类1743、1655、1442、1125、1080、1070、876、728cm-1等峰的信号强度基本一致,说明其脂类的含量基本相同。从单细胞拉曼光谱角度初步分析金福菇孢子,为光镊拉曼光谱技术研究食用菌孢子萌发机理提供有意义的参考。     

基于拉曼光谱的硝酸甘油对活体血液作用的实时分析

利用拉曼光谱对注射硝酸甘油后的活体裸鼠体内动脉血液进行实时连续无损的分析,每隔10s获取一个动脉血管内血液的拉曼光谱,光谱分析表明,活体血液的拉曼光谱主要体现在以下几个位置:1548,1618,1654cm-1(与蛋白质相关)和1125cm-1(与血糖相关)。通过分析部分特征峰发现注射硝酸甘油后在280~730s内光谱强度下降,表明体内血液浓度变稀,这可能是由于血管扩张引起的。峰强度在注射硝酸甘油前后的变化为:1548cm-1峰强度从1965.42降到1273.61,下降了35.2%,1125cm-1峰强度从411.59降到223.79,下降了46.63%,说明血液中蛋白质、血糖的含量有不同程度的减少,即裸鼠体内血液中的血红蛋白质发生变性、血糖含量明显降低。拉曼光谱活体实时分析技术为研究硝酸甘油代谢机理提供了新的技术和方法。     

拉曼除谱原位测量水溶液中蛋白质的酰胺A谱带

蛋白质的酰胺A谱带对蛋白质的酰胺氢键结构很敏感. 然而由于该谱带和水的OH伸缩振动谱带严重重叠,导致在蛋白质水溶液中原位测量酰胺A谱带依旧很困难. 我们提出了一种新的分析方法用于原位测量水溶液中的酰胺A谱带. 这个方法称为拉曼除谱法. 将蛋白质水溶液光谱除以纯水光谱即可获得拉曼除谱. 利用数值模拟从数学上肯定了使用拉曼除谱可以直接获得酰胺A谱带. 我们还通过测量溶菌酶和α-糜蛋白酶的固体和水溶液的拉曼光谱,这些光谱也证实了可以通过拉曼除谱法直接获取酰胺A谱带. 利用拉曼除谱还分析了溶菌酶的热变性过程. 这些研究表明拉曼除谱可以原位地表征水溶液中的蛋白质酰胺A谱带.     

共振拉曼光谱技术应用综述

拉曼光谱是提供物质结信息的强有力工具。但由于拉曼散射信号弱,灵敏度低,因此应用范围受到限制。而在共振拉曼光谱(RRS)中,由于激发光源频率落在分子的某一电子吸收带内,分子吸收光子向电子激发态的跃迁变成了共振吸收,因此对入射光的吸收强度大大增加。与常规拉曼光谱相比,RRS能够提高信号强度的106倍。因此,RRS检测技术以其更高的灵敏度和选择性而具有更广的应用,特别是在生物学及医学等领域。如：(1)生物基质中的类胡萝卜素和叶绿素等色素分析;(2)细胞、蛋白质和DNA等有机物研究以及一些临床疾病诊断。RRS可以得到在常规拉曼光谱中隐藏的、更为重要的分子结构信息。RRS总是在很低的浓度下测试,且共振拉曼增强的谱线是属于产生电子吸收的基团,这对于有色物和生物样品尤为重要。因为很多这类样品的活性部位接近于生色基团,且研究对象往往是生物大分子的某一部分,所以在研究生物物质的结构和功能的关系时,RRS起着重要作用。近年来,由于光谱技术的发展使得RRS检测技术得到创新与延伸,如液芯光纤共振拉曼光谱和透射共振拉曼光谱等新技术的应用。通过对近几年有关RRS技术应用的原始论文、数据和主要观点进行归纳整理与分析提炼,介绍了RRS这一专题的历史背景和研究现状,分别对共振拉曼光谱的色素检测、生物检测和爆炸物检测等应用领域展开详细的综述,并介绍了相关新技术的发展应用。随着光谱技术的快速发展,RRS必将在科研领域拥有其他光谱技术不可取代的重要地位。     

乙醇胁迫酵母凋亡过程的单细胞喇曼光谱

在群体细胞水平和单个酵母细胞水平上,应用光镊喇曼光谱技术对高浓度乙醇胁迫过程中细胞内生物大分子物质的动态变化进行实时监测.基于两种水平上的研究结果显示:在高浓度乙醇胁迫下,归属于核酸的喇曼峰(721,1 083,1 301cm-1)、归属于蛋白质的喇曼峰(721,858,1 001,1 301,1 445,1 608,1 657cm-1)和归属于脂类(1 083,1 301,1 445cm-1)喇曼峰的峰强度都随处理时间的延长而显著降低,说明了高浓度乙醇诱导酵母凋亡过程中核酸、蛋白质、脂类等物质的含量是逐渐降低的.结合单因素分析法与重复测量分析法发现,群体细胞与单个细胞光谱的变化有明显差异性,反映基于群体细胞的研究,个体细胞的信息被平均光谱信息所掩盖,无法体现个体间所存在的差异.应用激光镊子喇曼光谱技术基于单个细胞水平上的研究能更直接、真实地反映高浓度乙醇胁迫下细胞内生物大分子变化的动态信息.     

单细胞拉曼光谱研究游离脂肪酸对NIT-1胰岛β细胞生理的影响

运用激光镊子拉曼光谱技术探讨高浓度游离脂肪酸对NIT-1胰岛β细胞生理的影响。实验组细胞以含0.25mmol/L棕榈酸培养12,24,48h,平行对照组中不含任何脂肪酸。通过扫描形式收集各组细胞的拉曼光谱后,使用Hoechs33342/PI荧光染色保留活细胞的光谱,并在OriginPro 8.0系统中比较各组平均光谱的差异。结果显示对照组间的拉曼光谱无明显差异;高脂组光谱在780、1124、1092cm-1及1172cm-1发生拉曼位移,且780、1172、855cm-1及873cm-1峰值强度降低。这些变化的光谱峰在分子归属上指认为细胞内DNA和蛋白质。由此推断高浓度游离脂肪诱导NIT-1细胞损伤在光谱表现为细胞内DNA及蛋白质的结构、含量改变,且该变化与细胞的凋亡有着密切联系。在实验中激光光镊拉曼系统对观察细胞早期损伤有着积极作用。     

光谱法研究阿莫西林及其与DNA的相互作用

报道了阿莫西林对照品与阿莫西林胶囊的常规拉曼光谱(NRS)和在银胶基底上溶液的表面增强拉曼光谱(SERS),归属了各个振动峰位和增强峰位;研究了阿莫西林对照品溶液与DNA相互作用的荧光光谱和表面增强拉曼光谱.结果表明:阿莫西林胶囊与阿莫西林对照品的NRS及SERS图谱基本一致,说明胶囊中的辅料对阿莫西林的检测几乎没有影...     

半导体纳米粒子SERS基底对大肠杆菌的无损检测研究

很多致命的疾病都与细菌感染密切相关,快速、准确地检测和鉴定细菌及微生物,一直是微生物学家及有关科研工作者追求的目标,拉曼光谱可以提供丰富的谱图信息,而表面增强拉曼光谱(SERS)有很高的检测灵敏度,然而一些贵金属SERS基底却容易使蛋白质变性,影响检测结果。以大肠杆菌(E.Coli)作为目标检测细菌,首先检测到大肠杆菌的拉曼光谱,之后采用两种不同的SERS基底(ZnO,Ag溶胶)进行检测。结果表明Ag溶胶基底有很强且较丰富的SERS信号,但是相对于E.Coli的本体拉曼谱峰有较大位移,说明与银溶胶相互作用的细菌存在一定的蛋白质变性过程;而ZnO纳米粒子与细菌作用的SERS信号虽然较弱,但是与E.Coli的本体拉曼信号较为相似,说明ZnO纳米粒子对E.Coli本体基本无损,这将有利于SERS在生物体系的无损检测。该结果可以为利用生物相容性好的半导体SERS基底进行细菌的检测提供有益的参考。     

人体不同组织的拉曼光谱研究

测试了人体甲状腺、卵巢、输卵管、肺、子宫平滑肌、子宫颈等组织的拉曼光谱。结果显示,用氩离子激光514.5 nm激发,人体组织拉曼光谱的荧光背景强,在500～3 500 cm-1范围,肺和宫颈组织未显示特征带,甲状腺和子宫组织则显示了较多的带。在600～1800 cm-1范围,子宫、输卵管组织只显示了类胡萝卜素的拉曼带。正常甲状腺组织的光谱和甲状腺滤泡癌组织的光谱之间显示出明显差异,后者没有呈现1 585和1 634 cm-1特征带;正常肺组织与肺癌组织的拉曼光谱也有较大区别,肺癌组织的光谱强度比正常组织的低得多。拉曼光谱技术在临床医学诊断方面将会发挥重要的作用。     

山药近红外拉曼光谱分析

采用785 nm半导体激光光源,全息光栅和近红外增强CCD探测器等光电器件,构建了一套近红外拉曼光谱探测系统,测试获得了山药的拉曼光谱及拉曼一阶导数谱。山药拉曼光谱谱中出现了477, 863, 936 cm-1等较强的特征峰,主要归属为蛋白质、氨基酸、淀粉、多糖等物质,与已知山药生化成分基本相符。在山药拉曼一阶导数谱中,467,484,870,943 cm-1处出现明显特征峰。对比山药拉曼光谱,在600～800 cm-1,1 000～1 400 cm-1区域内,山药拉曼一阶导数谱变化较为明显,可以更为清晰地表现山药拉曼光谱,能作为山药拉曼光谱分析的补充方法。