拉曼光谱在医学上的应用（Ⅰ）

本文叙述了最近拉曼光谱在生物医学应用上的技术进步，总结了拉曼光谱在生物医学上的应用，以及它在诊断和临床应用中的作用     

近红外傅里叶变换拉曼光谱和基于拉曼的诊断系统在医学临床上的应用

本文讨论了近红外傅里叶变换拉曼光谱术在生物医学诊断上的应用,并介绍了一种适用于临床的基于拉曼的诊断系统。     

激光光镊拉曼光谱技术在生物医学上的应用及进展

激光光镊拉曼光谱技术(LTRS)是一种将激光光镊与共聚焦拉曼光谱技术相结合的产物。该技术能够保证在生理条件下捕获、操控、测量在悬浮状态下单个活性细胞并对其进行生物学分析研究。这种在单细胞研究上的独特优势使其越来越受到人们的关注。本文以激光光镊拉曼光谱技术在生物医学上的应用及其技术发展历程为主线,围绕拉曼光谱技术在细胞分选及细胞的特性研究,多光镊拉曼光谱系统,微流控传输系统,多模式分析系统四个方面综述了近些年来光镊拉曼光谱技术如何通过其他技术联用及其技术的改进实现在多数据采集与整合,高效率,高通量和自动化的传输方面的发展,并概述了LTRS技术生物医学上的应用。最后,对其未来的发展前景进行展望。     

表面增强拉曼光谱生物成像技术及其应用

基于表面增强拉曼光谱的成像分析方法具有频带窄,水溶液背景弱,稳定性好,高特异性等优势已成为生物成像领域的优良选择。拉曼成像技术拓展了拉曼光谱的应用范围,使其不再只是检测单点化学成分的手段,而进一步用于对评价区域内化学物质成分、分布及变化进行整体统计和描述。本文探讨了表面增强拉曼散射的原理及增强机制,介绍了基于表面增强拉曼光谱的拉曼成像技术,并对其在无标记成像及带标记成像中的细胞成像、活体成像,特别是其在生物医学方面的应用进行了详细论述,最后讨论了表面增强拉曼光谱生物成像技术存在的问题,展望了该项技术的研究和应用前景。     

拉曼光谱技术研究男性生殖生育

拉曼光谱通过记录光与物质作用时频率的改变,进而获得物质分子振动、转动信息,从而实现物质分子结构及其变化的检测。相比于常规生化检测分析方法,拉曼光谱技术具有无损、非标记检测及对检测样品要求低等优点。 拉曼光谱技术已广泛应用于生物医学领域的研究,如人体组织、器官、细胞以及人体体液的各种疾病诊断、检测研究。本文主要综述了拉曼光谱技术在人体精液的研究进展,首先介绍了拉曼光谱技术(包含表面增强拉曼光谱)在法医学领域针对精液整体开展的研究及相关的数据处理方法,然后重点介绍拉曼光谱在男性生殖生育方面的研究,即分别介绍了可客观反映精液质量及男性生殖生育能力的基于精液(精浆)拉曼光谱的定性和定量检测分析;另外,介绍了基于显微拉曼光谱技术开展的单精子水平的精子质量的刻画和评估,以及目前研究初步获得的有望用于优质精子判别的拉曼光谱标记指标,最后展望了拉曼光谱技术在生殖生育领域的应用发展前景。     

拉曼光谱技术在食品质量安全检测中的应用

拉曼光谱技术具有样品无需前处理、操作简便、时间短、灵敏度高等优点,可获得样品的物理化学及深层结构信息,已广泛应用于石油化工、生物医学、地质考古、刑事司法、宝石鉴定等领域。拉曼光谱对水等极性物质极其不敏感,在食品质量安全检测方面具有良好的应用前景。论文简述了拉曼光谱技术的检测原理、分类以及系统的组成,综述了拉曼光谱技术在食品成分分析和农药残留检测中的最新研究进展,指出了该技术在食品质量安全检测中的关键技术并对今后的研究进行了展望。     

首届全国生物医学拉曼光谱学术会议第一轮通知

正随着生物医学及相关研究领域持续向前发展,快速、高灵敏并具有分子指纹识别特性的拉丝光谱技术受到包括生物、医学、材料和分析科学等领域专家和学者的广泛关注和青睐。为适应拉曼光谱技术在生物医学领域日新月异发展的现状,推动国内拉曼光谱学界同仁     

基于拉曼光谱技术的甲状腺疾病检测的研究

基于光学成像与光谱技术的无损检测是生物医学光学交叉领域研究的重要发展方向。其中拉曼光谱技术可获得检测对象的生化成分的“指纹信息”,被广泛应用于面向生物分子,细胞以及生物组织的检测诊断研究。甲状腺疾病尤其肿瘤的临床检测往往涉及多方法和技术手段的结合,且存在一定的诊断难度,因此发展新的检测技术方法具有重要的意义。首先综述了拉曼光谱技术在甲状腺细胞系的单细胞拉曼光谱检测与分析,然后介绍甲状腺病理组织和甲状腺正常组织的拉曼光谱鉴别诊断(特别介绍了本研究小组开展以银纳米粒子为增强基底的甲状腺离体组织SERS光谱研究情况),以及拉曼光谱技术在甲状腺激素等方面的研究概况。最后简要探讨了拉曼光谱技术在该领域的研究应用前景和发展方向。     

基于样本优化和主成分分析的多通道拉曼光谱重建及其快速成像

拉曼成像是一种无损伤、无需标记的光谱成像技术,在生物医学领域得到了广泛的应用。然而,由于大多数生物样本中的自发拉曼信号都很弱,为了获得较好的成像结果,需要较长的时间来获取高信噪比的拉曼光谱,严重影响了拉曼成像的时空分辨率,阻碍了其在快速动态体系中的应用。多通道拉曼成像是解决这一问题的有效途径之一,在多通道拉曼成像技术中,完整拉曼光谱的标定-重建算法是关键。目前,适用于光谱重建的算法有伪逆法、 Wiener估计算法等,这些方法虽然简单且易于实现,但是在应用于多通道拉曼成像时,一方面易受噪声、振动等非线性因素的直接干扰,另一方面在多通道拉曼成像中,数量相对较少的训练样本和坏样本的存在均很容易影响重建效果。为解决这两类因素的影响,本文提出了一种基于训练样本优化和主成分分析(PCA)的拉曼光谱重建算法。首先,利用滤光片理论响应矩阵函数计算训练样本的模拟窄带测量值,借助Wiener估计重建完整拉曼光谱,得到重建光谱的模拟窄带测量值,比较样本与重建光谱的窄带测量值,完成训练样本的优化;然后,基于多项式回归,拓展优化处理后的窄带测量值,降低非线性因素的干扰;最后,利用主成分分析,提取训练样本主要信息,完成转移矩阵的计算,并引入归一化处理,实现拉曼光谱的快速重建。在试验中,选取有机玻璃(PMMA)作为实验样本,利用伪逆法、 Wiener估计算法和本算法,分别完成拉曼光谱重建。采用均方根误差,评价拉曼光谱的重建精度。结果证明,该算法优于传统算法,为拉曼成像技术进一步在快速动态体系中的应用提供了理论支持。     

拉曼光谱技术的应用及研究进展

本文简述了拉曼光谱产生的机理以及与红外光谱的区别,讨论了拉曼光谱在聚合物、生物分子、蛋白质和无机物等方面研究及应用,介绍了傅立叶变换拉曼、共焦显微拉曼、表面增强激光拉曼、固体光声拉曼光谱的原理及其应用以及拉曼光谱和其他检测手段的联用技术。     

近场拉曼光谱在纳米结构表征中的应用

近场拉曼光谱是近场光学领域中的新型技术,因其可对纳米结构进行光谱表征而备受科学研究者的关注。 文章从光学的角度简述了将近场光学与拉曼光谱相结合成为近场拉曼光谱的原理,介绍了近场拉曼光谱技术的优势,详细阐述了近场拉曼光谱在单壁碳纳米管、生物样品、热电晶体、染料分子等纳米结构表征中的应用,展现了近场拉曼光谱技术广阔的应用前景。     

基于二次曲线拟合的共焦拉曼光谱探测方法

拉曼光谱技术因其光谱信息丰富、非接触、无破坏、样品用量少、高灵敏度等特点,为现代前沿基础科研领域提供一种有力的分析手段,成为分析科学的研究热点。激光共焦拉曼技术结合共焦显微探测和拉曼光谱探测技术,具有空间分辨力高、可层析探测的优势,在物理化学、材料科学、生物医学、考古及文物鉴定、刑侦科学等众多领域应用广泛。现有共焦拉曼系统由于在扫描过程中无法对探测点进行定焦,因而在长时间的探测过程中会因环境变化、系统漂移等问题导致系统离焦,从而造成测量结果存在误差甚至错误的问题。本文针对这一问题,在现有共焦拉曼系统的基础上,提出一种基于二次曲线拟合的共焦拉曼光谱探测方法。该方法利用二次曲线对光谱共焦曲线进行拟合,通过寻找曲线最大值,得到系统焦点,进而在扫描过程中对每个探测点进行焦点定位后,采集该点光谱信息,从而保证扫描过程中系统始终位于焦点位置,消除系统离焦对实验结果的影响,实现共焦拉曼光谱系统的精确测量。通过仿真分析和实验结果表明：本文提出的基于二次曲线拟合的共焦拉曼光谱探测方法可以有效消除系统离焦对实验结果造成的影响,提高系统轴向定焦的准确度,为共焦拉曼光谱技术的进一步应用提供了保证,是一种行之有效的定焦准确、抗漂移强的拉曼光谱测量方法。     

SERS在标记免疫检测中的应用

标记免疫分析 ,是将多种标记示踪技术的高度灵敏性和医学免疫抗原抗体反应的高度特异性相结合的产物 ,因此具有极良好的微量分析效果 ,是生物活性物质分析方法上的新领域。2 0世纪 70年代中后期 ,表面增强拉曼散射 (SERS)效应的发现与证实 ,给拉曼光谱的研究应用注入了新的活力 ,特别是在生物医学领域 ,SERS被大量应用。文章综述了SERS应用于标记免疫分析的研究状况 ,将已有的研究成果进行了系统阐述和归纳 ,并简要介绍本实验室在这方面做的一些工作     

微流控SERS及其在生物医学应用的研究进展

微流控芯片以其对微量样品的精确操控能力而引起特别关注,表面增强拉曼光谱(SERS)作为一种超灵敏的光谱检测技术近年来在痕量检测上应用广泛。微流控芯片与SERS相结合的系统可对微量生物样品进行无损、快速、高灵敏度且高通量的检测分析,在生物医学领域有巨大的应用潜力,是当前的研究热点之一。本文介绍了微流控SERS系统近年的发展情况,包括微流控芯片的制作加工和流体操控,以及微流控芯片中SERS基底的集成;并重点介绍了近年来SERS微流控芯片系统在生物医学上的应用,如生物分子的检测、细胞分析、药物监测和筛选、疾病诊断,以及在环境和食品健康安全方面的检测应用。     

拉曼光谱技术在病理诊断中的研究进展

拉曼光谱技术能够提供与物质特定分子结构相关的光谱信息,可用于识别生物组织微小的生化变异,具有快速、实时、无损、无需样本预处理等优点,在临床病理诊断领域极具应用前景。与常规组织病理学分析相比,拉曼光谱技术能够直接检测活体组织,简化了分析程序,缩短了诊断时间。人体病变组织的细胞分子组成和结构可能发生变化,这为拉曼光谱技术在组织病理诊断中的应用提供了检测依据。基于组织分子组成与结构的差异,结合机器学习和化学计量学方法,拉曼光谱技术可以提供客观的诊断信息,实现快速、低侵入的病理诊断。回顾了近十年来拉曼光谱技术在组织病理诊断中的研究进展,对取得的关键成果进行了总结,阐述了当前离体和活体应用拉曼光谱技术的一些关键问题。针对离体拉曼光谱检测,重点评估福尔马林固定石蜡包埋样本、冷冻样本和新鲜组织样本等离体样本的适用情况;阐述拉曼光谱数据收集的关键技术,包括适用光源、光谱范围,以及病理样本光谱采集的方式等。对于活体拉曼光谱检测,重点介绍了活体检测研究中拉曼光谱技术应用的两种形式：结合医用内窥镜进行体内检测,以及开放手术中的直接检测;综述了临床适用的拉曼系统,重点介绍了当前活体拉曼研究中应用的光纤探头。同时,文章也讨论了拉曼光谱数据的处理与分析方法,通过光谱预处理,特征提取与分类识别,构建拉曼光谱病理诊断模型,在小样本范围能够获得较好的诊断结果。考虑临床实际应用,仍需要不断优化分析方法,实现拉曼光谱与生化信息的关联,将样本个体差异的影响纳入分类模型中,以提升模型性能。文章对拉曼光谱应用于病理诊断中的关键问题进行了讨论,为进一步开展研究提供参考。未来需要更深入和广泛地开展离体和活体研究,以促进拉曼光谱技术在临床中的应用。     

近场拉曼光谱技术的发展

将近场光学技术与拉曼光谱相结合,发展出近场拉曼光谱术。综述了近场拉曼光谱探测技术的发展现状,讨论了近场拉曼光谱术的优点和纳米局域光谱分析能力。对两种常用的探测方法(常规近场光谱探测方法和近场增强拉曼光谱探测方法)进行了比较,并介绍了近场拉曼光谱技术在生物、化学、纳米材料等领域的一些应用。     

拉曼光谱技术在农产品质量安全检测中的应用

农产品的质量安全与我们老百姓的身体健康和生命安全密不可分。传统的化学检测方法具有需要样品前处理,操作过程复杂以及破坏样品等诸多缺陷。拉曼光谱技术作为一种分析、测试物质分子结构强有力的表征手段,可以快速实现样品的无损伤、定性定量检测分析。随着拉曼光谱技术的不断完善和应用范围的逐渐拓宽,拉曼光谱技术在农产品的质量安全检测中发挥着极其重要作用,并且具有广阔的应用前景。目前,已经有大量的基于拉曼光谱技术检测农产品质量安全的相关研究报道,为了解拉曼光谱技术的检测原理以及发展现状,并跟踪国内外最新研究进展,简述了拉曼光谱技术的基本原理及其发展、拉曼光谱检测装置,深入综述了拉曼光谱技术在果蔬、禽畜、粮食质量安全检测中的最新研究进展,指出了拉曼光谱技术应用在农产品质量安全检测中的现存的技术问题。另外,还简要介绍了国内外部分拉曼光谱仪的部分信息和便携式拉曼光谱仪专利申请状况,展望了该项技术的研究方向和应用前景。     

中国古代艺术品常用矿物颜料的拉曼光谱(二)

在本刊前一篇文章中,我们讨论了拉曼光谱在艺术品分析和考古学应用方面的实验技术并报道了一些中国古代艺术品中经常使用的红色、黄色和白色矿物颜料的拉曼光谱。本文延续前文工作,测量了一些中国古代艺术品中常用的蓝色、绿色和黑色矿物颜料的拉曼光谱,介绍了相关的背景知识,并对这些光谱进行了解析,我们相信,一套比较全面的颜料拉曼光谱数据,对于拉曼光谱技术在考古学和艺术品分析方面的应用将会起到重要的参考价值。     

基于芯片实验室技术的表面增强光谱学在分析科学中的应用

集成具有一序列微流控操作单元的芯片实验室技术,在微流控通道内铺陈金属纳米粒子(尤其是金、银以及铜纳米粒子)作为衬底,泵入多通道微纳升分析物,用于联用表面增强光谱在痕量、实时、原位、过程反应等检测中具有重要的意义。这种联用检测技术集成了芯片实验室和表面光谱两种技术的优点：芯片实验室技术集成流程式分步操作,实现筛选取样,分段、实时反应检测,减小样品量,稳定测试环境等优势以及表面增强光谱的光谱响应快,灵敏性和选择性强、原位检测等优点。借助于Drude模型以及适当的边界条件,外电场引发金属颗粒价电子的局域等离子振荡,并推导了产生共振的局域表面等离子增强以及受激感应偶极子振荡产生表面拉曼增强的物理电磁增强机制。综述了芯片实验室表面局域等离子检测在生物、医药、食品安全等方面的应用,检测通道的增加促使检测效率有较大的提高,同时检测限能力获得较大的突破。综述了芯片实验室技术结合表面增强拉曼光谱公共安全、生物医学、电化学和生物传感器等领域的应用, 表面增强拉曼光谱的高度灵敏性以及指纹性应用于痕量检测。根据芯片实验室技术在研究开发和应用已经获得不断的进展,结合3D打印技术,精准控制多通道结构尺寸,更好地满足设计的需求。表面等离子增强光谱以及表面增强拉曼光谱等表面光谱检测技术在应用上日趋成熟,获得突破传统显微镜的光学极限的分辨能力。这种联用技术在实际定性或者半定量痕量分析检测应用中具有光明的前景。     

拉曼光谱在血红蛋白结构及功能研究中的应用进展

血红蛋白发挥多种重要生理功能,但对其结构及功能的认识尚不能满足疾病诊治的需求。拉曼光谱在血红蛋白结构及功能研究中具有很大应用潜力,不但可以检测血红蛋白中血红素及其周围分子结构变化,还可以反映血红蛋白反应动力学具体过程。同时,血红蛋白拉曼光谱在疾病状态下异常血红蛋白检测,血氧饱和度定量测定及血液代用品的高铁血红蛋白含量检测中突显优势。本文综述了拉曼光谱在血红蛋白结构及功能领域中的研究,简述了拉曼光谱在一些病变血红蛋白诊断中的研究进展,分析了影响血红蛋白拉曼光谱检测的因素,以促进拉曼光谱技术在血红蛋白结构和功能研究中的应用。