基于点扫描的同步辐射红外三维谱学显微研究

同步辐射红外(SRIR)光具有光谱范围宽、发散角小、亮度高以及信噪比高等优点,结合传统红外谱学技术,采用SRIR谱学显微技术对样品进行红外谱学显微,可以获得样品微米级别的空间光谱信息。利用MiTeGen聚亚酰胺小环作为样品,以上海光源BL01B1线站的SRIR光为光源,通过点扫描采样方式进行同步辐射红外三维谱学显微实验研究。通过获得聚亚酰胺小环在不同角度下的SRIR二维显微光谱信息,选取波数范围为1495～1485 cm~(-1)的显微光谱信息处理,用代数迭代算法对聚亚酰胺小环的化学组分酰胺Ⅱ进行SRIR三维显微重构,获得了完整的三维重构图。实验表明本文方法能够以较高的信噪比重构出样品化学组分的三维红外显微结构。     

同步辐射红外共聚焦谱学三维成像重建算法研究

为获取物质内部成分的三维分布信息,研究了基于同步辐射红外光源的共聚焦三维成像重建算法。采用单点探测器扫描成像的方式,根据同步辐射红外谱学显微共聚焦三维成像的原理及非线性特性,建立了同步辐射红外谱学显微共聚焦三维成像模型;根据该模型的特点建立测试样品的模型,模拟了红外谱学共聚焦三维成像测试,得到了共聚焦三维成像的测试数据;分别使用Levenberg-Marquardt算法和改进型高斯-牛顿算法对使用前向模型模拟采集得到的结果进行重建。结果表明,前向模型中未加入误差时,Levenberg-Marquardt算法可以重建样品的三维信息,在前向模型中加入1%误差时,Levenberg-Marquardt算法重建得到的结果与实际结果偏差较大,而改进型高斯-牛顿算法可以重建样品的三维信息。     

同步辐射红外谱学显微光束线站的空间分辨率测试

同步辐射红外光源具有宽光谱范围、高准直性、高亮度等特点。相比于传统的红外热光源,同步辐射红外光源的尺寸非常小,空间分辨率可达到衍射极限。为了得到准确的空间分辨率信息,对上海光源BL01B1红外谱学显微光束线站的空间分辨率进行了测试。使用刀片法和鉴别率板对上海光源BL01B1红外谱学显微光束线站水平和垂直方向的空间分辨率进行了详细测量,两种测试方法的结果都表明在所测的中红外波段,同步辐射红外谱学显微技术的空间分辨率达到衍射极限,与理论值十分符合。     

SIMCA法在中红外癌症检测技术中的应用

人体肿瘤的中红外光谱法早期检测是生物医学领域的前沿课题之一。研究了中红外FTIR光谱技术与化学计量方法 (模式识别技术 )相结合对人体恶性肿瘤进行检测的方法 ,并讨论了如何通过采用光谱预处理方法以及波长范围的选择来提高模式识别技术 (SIMCA法 )分类判别效果。研究了 6 3个胃癌病人的癌变组织和癌旁正常组织光谱 ,选择有代表性的 4 0个样品作为训练集 ,剩余的 2 3个样品作为预测集 ,该方法的准确率为 91%。这一研究结果表明傅里叶变换红外光谱法与化学计量学方法相结合可以对良、恶性组织进行鉴别诊断 ,有希望发展成为一种肿瘤快速诊断的新方法。     

癌症患者及正常人指甲的红外光谱研究

利用傅里叶红外光谱研究了20例正常人和3例左上颌窦癌、前列腺癌、胆管癌三种癌患者手指甲的红外光谱，结果表明：癌症患者指甲样品与正常人指甲样品的红外光谱在峰形、峰强度、峰频率等方面均存在明显差异。     

傅里叶变换红外光谱用于食管癌及癌旁正常组织结构的相关研究

应用傅里叶变换红外光谱法(FTIR)对43例食管癌及癌旁正常组织进行了分析,结果表明,食管癌组织和癌旁正常组织的红外光谱具有较大的差异:正常组织的红外光谱在1550 cm-1附近的酰胺Ⅱ带吸收峰相对较强,峰型高尖,与酰胺Ⅰ带的相对峰高比(I1647/I1550)在癌组织中比较高;正常组织中酰胺Ⅰ带的吸收峰峰位比癌组织的高1-6 cm-1;正常组织中1453 cm-1处的峰强大于1402 cm-1处,而在癌组织中则相反,1402 cm-1附近的吸收峰峰高大于1453cm-1处;癌组织中1080 cm-1附近的峰位和正常组织相比显得高而强,癌组织的相对峰高比(I1080/I1550)高于正常组织。说明傅里叶变换红外光谱法可以用于对良、恶性组织进行鉴别诊断,有希望发展成为肿瘤快速诊断的一种新方法。     

基于主成分分析-二阶导数光谱成像的红外显微图像分析

红外显微成像技术将红外光谱技术和显微技术相结合,不仅可以提供测试样品的光谱信息而且能够提供测试样品的空间分布信息。然而复杂样品的红外显微图像谱峰重叠严重,无法直接获得目标组分的分布信息。将因子分析与光谱分离技术相结合提出了主成分分析-二阶导数光谱成像方法。通过兔子动脉红外显微图像中胆固醇分布的成像实验,验证该方法的可行性和有效性。实验结果表明,该方法可以提高光谱分辨率,挖掘隐藏于重叠谱峰中的有用信息,是一种有效的红外显微图像分析方法。     

抑癌基因p53的单细胞傅里叶变换显微红外光谱

为探索单细胞红外光谱技术对单基因差异的鉴别能力,利用同步辐射傅里叶变换红外显微光谱技术采集含抑癌基因p53(野生型)和敲除抑癌基因p53(敲除型)结肠癌细胞的单细胞显微红外光谱。研究分析光谱发现,二者在脂质、蛋白质以及核酸吸收谱带峰强度和位置都有明显的差异。敲除p53后脂质、核酸以及蛋白特征吸收峰均减弱,且几乎所有的吸收峰都向高波数位移。分析了酰胺I带与酰胺II带的相对吸收强度比,发现敲除型比值明显变大;酰胺I带拟合结果表明野生型细胞中蛋白质二级结构的α螺旋和无规则卷曲含量明显低于敲除型,转角和非典型螺旋的含量则高于敲除型,而β折叠的含量无明显变化。研究表明,同步辐射单细胞红外光谱可以在分子水平上鉴别因p53基因差异而产生的细胞代谢变化。     

KNN方法在癌症中红外光谱检测中的应用

红外光谱主要是研究分子中以化学键联结的原子之间的振动光谱,它能够在分子水平上揭示正常组织和癌组织之间存在的差异。文章利用化学计量学中的有关知识通过计算机自动对未知样本光谱进行判别分析。首先应用平滑处理,基线校正(SNV方法),奇异值剔除(RHM方法)等算法对光谱数据进行预处理,然后采用K-最近邻法(简称KNN法)实现未知样本的自动判别,提高了癌症红外光谱检测的准确度。文章对63例胃组织样品进行了傅里叶变换红外光谱判别分析,与病理检验结果比较,准确度达到91.7%。     

胆石病人胆汁的光谱及稳定性分析

采用红外光谱及二阶导数谱、紫外光谱、动态激光光散射粒度分析、Zeta电位等测试与分析方法,对胆石病人的原胆汁及经离心处理后的胆汁进行了分析。结果表明,胆石病人的胆汁是一个非均匀体系, 处于相对不稳定状态;离心后的胆汁聚沉物主要含有胆固醇、胆红素及其钙盐、蛋白、磷脂等物质,与该病人胆石核心的主要成分非常相似。胆汁中磷脂类囊泡的破坏以及一些难溶性钙盐的生成是影响胆汁稳定性及胆石形成的主要因素。磷脂和蛋白等有机基质在该病人结石的成核过程中可能起诱导和调控作用。     

利用X射线相衬显微研究野山参的特征结构

利用X射线的空间相干特性,可实现低Z介质内部结构的高衬度成像.人参主要由碳、氢、氧、氮等轻元素组成,原则上可以利用相衬成像来实现其特征结构的无损成像.由于具有更高的相干通量,利用第三代同步辐射光源成像可获得更高的时间和空间分辨,可用于研究更高分辨的人参特征显微结构.本文利用新建成的上海光源,较为系统地研究了野山参的显微特征结构.作为比较,给出了相应的园参特征结构,并与野山参进行了比对、分析.发现了一种未曾报道过的结构,这很可能是一个新的人参特征结构.研究结果表明,X射线相衬显微有望成为野山参鉴定的一种新的手段. 关键词： X射线相衬显微 同步辐射 显微鉴定 人参特征结构     

法庭科学领域中微量物证的显微红外技术鉴定

在法庭科学领域中,由于案件现场提取到的物证通常是极微量的,另外样品形态各异、成分复杂,常规红外光谱分析技术常常无法达到检测要求。显微红外技术是基于傅里叶变换红外光谱技术与显微镜技术的结合发展起来的。与常规红外光谱技术相比,显微红外技术具有检测灵敏度高、微区分析和无损检测等优点,测试时几乎不引入外部干扰,卓有成效地解决了法庭科学领域中微量物证鉴定的难题,可以满足微量物证必须保留以用于法庭作证的特殊需要。通过本实验中心测试的真实案例分析,详细阐述了显微红外技术在法庭科学领域中微量物证鉴定方面的优势。采用显微红外技术,本文分别对油漆物证、塑料物证、橡胶物证、纤维物证、药物和毒物物证进行了红外光谱振动特征的比对分析,为各类刑事案件和交通肇事案件的定性提供有力的谱学依据。实验结果表明,显微红外技术具有常规红外测试技术无法比拟的优势,是法庭科学领域中微量物证鉴定的有效手段。     

红外光谱在微藻领域的应用研究进展

微藻富含类胡萝卜素、维生素、蛋白质、多不饱和脂肪酸等多种人体和动物所必需的营养成分，同时在水生态系统的维持和保护中也扮演着重要的角色，因此开展微藻生物学的研究具有十分重要的实际应用价值。传统的微藻成分的检测分析需要经过微藻细胞研磨破碎、有机溶剂分离提取、液(气)相检测等一系列的繁琐的操作步骤，有费时、需要高昂的仪器设备、操作过程复杂等缺点，因此需要发展更加快速高效的微藻细胞组分检测分析技术。红外光谱作为一种高效的物质检测和分析手段可以实现对微藻样品中的蛋白、脂类、核酸、多糖、叶绿素、类胡萝卜素等多种成分同时分析，具有简单、快速和无损检测等优势，特别是结合显微镜技术的红外光谱成像可以在微空间尺度上研究单一细胞或组织中各组分的变化。近年来，尤其是随着同步辐射技术的迅速发展，为红外光谱仪器提供质量更好、能量更高的同步辐射光源，使得红外光谱显微光谱及成像检测技术具有更高的灵敏度和空间分辨率，实现了能够在细胞和亚细胞尺度上对个体进行高空间分辨的原位观测，这在一定程度上解决了许多常规的检测分析技术不能同时兼顾高通量测量和高空间分辨率观察之间的矛盾。首先介绍了红外光谱技术的原理及其特点并分析了显微红外光谱及成像技术在生物样品检测中的独特优势，特别介绍红外光谱结合化学计量学的分析方法在生物学研究领域的应用。接下来综述了此项技术在分类鉴定、生长代谢监测、育种、水环境、食品医药等与微藻相关领域国内外的应用研究进展。比如，结合化学计量学方法红外光谱能够进行微藻的快速鉴定、判别和分类。利用红外光谱多组分快速检测的优势，可以实现微藻生长代谢的研究。基于红外光谱无损、高效检测的特点，可以实现油脂、β-胡萝卜素、虾青素等高产藻株的快速筛选。另外，微藻还可以有效地吸附废水中的重金属和有机活性染料，利用红外光谱可以对其吸附和降解环境污染物的机理进行研究。红外光谱还能够快速高效地实现微藻成分的分析和鉴定，因而可以用于微藻食品药品质量的检测和真伪的鉴定。然而，红外光谱在微藻的研究和应用方面还处于发展阶段，尚存在着一定的缺点和不足，对此进行了讨论和分析并提供了相应的解决方案。最后，对红外光谱在微藻的规模化养殖、高产藻株的筛选、微藻的生理、细胞器的结构和功能的研究等领域进行了展望。     

肿瘤组织傅里叶变换红外光谱诊断方法的比较研究

在前期的肿瘤组织红外光谱诊断方法研究中,采用水平衰减全反射(ATR)红外光谱诊断法在多种肿瘤组织样品中取得了与病理诊断很好符合的实验结果;针对文献报道中多采用的显微红外光谱法,文章对同一肿瘤组织样品应用两种方法采集红外光谱,比较测量条件及光谱诊断结果,研究结果表明ATR法主要测量了整块组织的光谱信息,避免了组织结构不均一,微区采样扫描取点少对光谱诊断结果的影响,获得的光谱可以为临床应用提供判断依据。     

基于同步辐射X射线相衬显微CT技术的竹木复合材料胶合界面特征研究

第三代同步辐射光源X射线相位衬度显微CT能获得样品内部结构的边缘增强图像,实现对低Z材料成像。利用上海同步辐射光源X射线相衬显微成像技术,实现了竹木复合材料中EPI和MUF胶合界面和胶黏剂渗透特征的无损探测,并基于这些特征分析了几种不同加工工艺对胶黏剂在木材和竹材中渗透的影响。该技术为人造板工艺解剖学研究提供了一种重要无损检测手段。     

Ho~(3+)掺杂硫卤玻璃陶瓷的中红外发光特性的研究

在不同热处理工艺条件下制备了掺Ho3+(质量分数为0.6%)的65GeS2-25Ga2S3-10CsI(其各成份的摩尔分数为65%,25%,10%)硫卤玻璃陶瓷,测试了其密度、显微硬度、红外透射光谱、以及中红外荧光光谱,对比研究了基质玻璃与玻璃陶瓷样品之间性能差异。结果表明,随着热处理温度和时间的增加,玻璃陶瓷样品密度和显微硬度明显增加。样品的X射线衍射(XRD)和扫描电子显微镜(SEM)测试结果表明在440℃温度下热处理12 h的样品析出GeS2纳米颗粒尺寸为80 nm,Ho3+在玻璃陶瓷中产生在2.0μm和2.9μm两处中红外荧光明显增强。     

同步辐射显微红外光谱研究6-OHDA诱导帕金森病大鼠海马

利用同步辐射红外显微光谱研究6-hydroxydopamine(6-OHDA)毁损内侧前脑束所致帕金森病大鼠脑海马区神经元的生物化学成分改变。研究样本为6-OHDA诱导的帕金森大鼠模型海马区神经元。与正常大鼠海马区神经元比较,PD大鼠样品在属于脂类的CH2反对称和对称伸缩振动的2 924和2 850cm-1的振动吸收积分面积以及在峰值位于1 736cm-1的伸缩振动吸收积分强度比正常大鼠都有增加,提示PD样品脂质含量升高,而在属于核酸的PO2反对称伸缩振动和对称伸缩振动的强度比正常大鼠样品下降,提示PD样品中核酸的含量比正常样品减少。蛋白质的振动没有发现异常。该研究表明帕金森病大鼠模型海马神经元存在生物化学成分改变,这种改变可能与神经元的病理改变密切相关。     

两种相似塑料材料的显微近、中红外成像方法研究

显微近、中红外成像不仅可以获得样品的光谱信息,而且可以获得样品的空间分布信息,这是传统的近、中红外光谱分析所无法比拟的。该文以外观非常相似的聚乙烯膜(材料Ⅰ)和封口膜(材料Ⅱ)为研究对象,分别采集了样品的显微近、中红外图像。针对两种材料进行化学成像和相关光谱成像,比较并讨论了每种材料的两种成像方法。结果表明,材料Ⅱ的显微近、中红外化学成像中,两种材料化学成像值相差分别为0.004 8和0.254 8;材料Ⅰ的显微近、中红外化学成像中,两种材料化学成像值相差分别为0.002 6和0.326 5;近、中红外谱区的显微成像皆可得到两种材料清晰的成像,从而可区分两种材料。对两种材料相关光谱成像的研究表明,分别以两种材料的近、中红外光谱作为参比光谱的相关光谱成像可以明显地区分两种材料,成像结果较清晰;显微中红外相关光谱成像中,两种材料的光谱和参比光谱的相关系数差异大于0.12,成像结果更清晰;而显微近红外相关光谱成像图可利用图像中两种材料光谱和参比光谱相关系数的细微差异区分两种材料。该研究为农产品包装材料安全性的快速判别提供一定的参考,并为显微近、中红外成像分辨不同材料提供一定的成像方法参考。     

多色双光子激发荧光显微技术实验研究

双光子激发荧光(two-photon excited fluorescence, TPEF)显微是一种非线性光学显微技术, 具有高的时间分辨率和空间分辨率、高的信噪比和固有的三维层析分辨能力等优点. 传统的TPEF显微一般采用波长可调谐的超短脉冲激光器作为光源. 在实际应用中, 利用TPEF显微技术研究含有多种荧光团或未知成分的待测样品, 往往需要多次改变激发光的波长以获得对各种荧光团的最佳激发. 为了同时获取不同荧光团的荧光信号, 利用超连续谱激光光源实现了多色TPEF显微成像, 实验中无需调节波长, 能够同时获得具有两种不同发射波长的荧光标记的铃兰根茎切片样品的TPEF图像. 实验结果表明, 与传统的TPEF显微相比, 该方法能够同时获取含有多种荧光团的待测样品的高对比度TPEF图像, 具有系统结构简单、操作简便、信息量大等优点, 在生物医学和材料科学等领域具有广阔的应用前景.     

同步辐射显微红外光谱研究6-OHDA诱导帕金森病细胞模型

神经毒素6-hydroxydopamine (6-OHDA)处理的人神经瘤母细胞系SH-SY5Y是一种经典的帕金森病细胞模型。利用同步辐射红外显微光谱研究6-OHDA处理的SH-SY5Y细胞系的生物化学成分。与正常细胞相比较,所含磷脂的平均饱和水平显著提高,蛋白质的二级结构发生显著变化,其中的β-sheet的比例明显增高,核酸的含量明显下降,提示神经毒素6-OHDA对细胞造成了严重的氧化损伤。同步辐射红外显微光谱能够精确有效的检测到细胞生化成分的改变,从而对细胞的病理损伤进行评估。