子宫病变组织的拉曼光谱研究

拉曼光谱方法可以从分子水平反映组织、细胞在化学成分及分子结构上的差异,现已在细胞、组织的结构、功能及病变等方面的研究工作中取得了重大进展.文章首次利用光纤拉曼光谱仪研究了子宫肌瘤、子宫内膜癌、子宫腺肌症等子宫病变组织的拉曼光谱,并与对应正常组织的拉曼光谱进行了比较.结果表明:子宫肌瘤组织中甲硫氨酸C-S键振动引起的拉曼峰分裂成为双峰,包括一个由色氨酸振动引起的峰,并出现了一个胡萝卜素引起拉曼峰,这在正常肌层组织中没有体现出来,子宫内膜癌组织在1 447 cm-1处对应着CH2-CH3的变形振动,表现出组织癌变的特征峰;子宫腺肌症组织在骨架α螺旋C-C键的伸缩振动引起的拉曼峰强度明显弱于正常组织,其由C-O键弯曲振动引起的拉曼峰由正常组织的1 160 cm-1移至1 173 cm-1.以上结果进一步证实了拉曼光谱技术能在分子水平有效鉴别不同的子宫病变,这不仅有助于子宫病变的早期诊断,同时,对子宫疾病的基础研究也是至关重要的.而基于光纤的拉曼光谱技术将有望发展成一种高灵敏的诊断技术.     

甲状腺癌组织的傅里叶变换拉曼光谱研究

利用傅里叶变换拉曼光谱仪得到了甲状腺癌和甲状腺正常组织样品的拉曼光谱,这2种组织样本的拉曼特征峰主要出现在400～3 500 cm-1的波长范围内。在甲状腺正常组织的拉曼光谱中位于503和758 cm-1处有两个特征峰,758 cm-1处峰指认为苯环的环振动,503 cm-1处的拉曼峰经分析初步指认为C—Ⅰ伸缩振动,这2个特征峰在甲状腺癌的拉曼光谱中均消失。在甲状腺正常组织的拉曼光谱中位于3 062和1 003 cm-1处酪氨酸的特征峰,在甲状腺癌组织的拉曼光谱中,这2处峰的相对强度明显降低。因此,拉曼光谱法有望成为甲状腺癌诊断的有效方法。     

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。     

胃炎和胃溃疡组织细胞的显微拉曼光谱研究

利用共焦显微拉曼光谱研究了胃炎组织和胃溃疡组织的粘膜细胞。结果表明,与胃炎组织细胞比较,溃疡组织细胞中胞嘧啶的振动峰781 cm-1相对较弱,而腺嘌呤和胸腺嘧啶793,823cm-1处的峰强有所增加; 对应于α螺旋结构蛋白质酰胺Ⅰ和酰胺Ⅲ带的1654和1230～1270cm-1的强度均相对减小,色氨酸特征峰1332cm-1和苯丙氨酸特征峰1003cm-1强度有所降低,同时与色氨酸残基微环境变化密切相关的1554频移到1556cm-1,且强度有所增加;脂类的特征谱线1073 cm-1向高波数频移到了1078cm-1, 对应于CH₂扭转振动的1303cm-1与来自于CH面内变形振动的1268cm-1强度比值减小。上述变化表明两种疾病组织细胞中的核酸,蛋白质和脂类在成分、结构和构型上都存在明显差异;研究发现利用C—H弯曲振动的谱线1449cm-1和蛋白质酰胺Ⅲ带的谱线1660cm-1的强度比值A₁₄₄₉/A₁₆₆₀区分两种疾病具有较好的准确性。     

乳腺癌病人单个细胞的Raman光谱

给出了乳腺癌病人正常乳腺细胞与癌细胞的拉曼光谱。从实验谱线中得到：癌变细胞的拉曼谱整体变弱, 就相对强度而言, DNA的2个磷酸根骨架峰782,1 084 cm-1和脱氧核糖-磷酸振动峰1 155及1 262 cm-1拉曼谱线明显的减少; 表征A型(DNA)构像的特征峰812 cm-1及谱线979,668 cm-1消失, 并有新峰1 175 cm-1出现, 905 cm-1的谱线增强并有6 cm-1的红移, 这说明DNA的磷酸根骨架有一定的断裂; 从而导致癌细胞的分裂繁殖失去有效的控制。在癌变组织细胞的拉曼谱中还发现了很强的一类与钙硬化密切相关的特征峰960 cm-1; 通过这些特征拉曼谱线的变化, 为癌症的诊断和治疗提供了有力的实验依据。     

宝石级钠沸石的振动光谱表征

国际珠宝交易市场上最近出现了一批价值不菲的无色透明的宝石级钠沸石刻面成品,为提供快速区分其与仿制品材料的依据,文章通过红外光谱和拉曼光谱对三颗钠沸石样品的振动光谱进行了研究。结果表明, 其红外光谱主要表现为：4 000～1 200 cm-1的吸收峰是结构中水导致的吸收;1 200～600 cm-1 的强吸收与TO₄四面体的内部T—O(T为Si或Al)的反对称和对称伸缩振动有关。拉曼光谱散射峰主要分布在300～600和700～1 200 cm-1两个区间。300～360 cm-1处较弱强度的拉曼散射峰是由于结构中水分子所导致。482 cm-1处中等强度的峰归属于硅氧四面体内部由于变形导致的拉曼位移。726 cm-1处的拉曼散射峰归属于Al—O的伸缩振动;974,1 038,1 084 cm-1的三处拉曼散射峰都是Si—O的伸缩振动导致的拉曼位移。     

基于拉曼光谱实验与密度泛函理论的宝石级红珊瑚拉曼谱峰归属研究

红珊瑚是一种珍贵的有机宝石,自古以来因其红润的颜色与细腻的质地深受人们的喜爱与追捧。颜色漂亮的天然红珊瑚产量稀少,故有些红珊瑚会经过染色处理来改善其外观。拉曼光谱测试是鉴定红珊瑚有无经过染色处理的有力手段,故红珊瑚拉曼谱峰的归属对于鉴定有着重要的理论指导意义。由于红珊瑚拉曼峰的归属问题一直没有被深入研究,基于此,该研究测试了三颗颜色深浅不同的红珊瑚（Corallium rubrum）的拉曼光谱。同时,使用量子化学程序Gaussian 16运用密度泛函理论计算了红珊瑚中色素分子角黄素的理论拉曼光谱。创新性对比红珊瑚的实验拉曼光谱与角黄素分子的理论拉曼光谱,并进一步分析红珊瑚拉曼峰的归属。结果发现,红珊瑚的拉曼光谱中主要有1 514,1 295,1 177,1 125,1 086和1 016 cm-1拉曼峰,其中1 086 cm-1处的拉曼峰是方解石的CO2-₃引起的。红珊瑚的红色越深,1 514,1 295,1 177,1 125和1 016 cm-1拉曼峰的强度越强,反之,红珊瑚的红色越浅,这些拉曼峰的强度越弱。红珊瑚拉曼光谱中的1 514,1 295,1 177,1 125和1 016 cm-1峰强与红珊瑚的红色深浅呈现出正相关的关系,故推测这套拉曼峰是由红珊瑚中的色素产生的。角黄素理论拉曼光谱中主要存在的拉曼峰位于1 512,1 269,1 189,1 159和999 cm-1处,与红珊瑚实验拉曼光谱中的1 514,1 295,1 177,1 125和1 016 cm-1峰的形状位置高度吻合。振动分析结果表明,角黄素的1 512,1 269,1 189,1 159和999 cm-1拉曼峰分别是由CC伸缩振动,C-H摇摆振动,C-C伸缩振动,C-C伸缩振动与甲基摇摆振动引起的。因此将红珊瑚拉曼光谱中的1 514,1 295,1 177,1 125和1 016 cm-1峰归属为CC伸缩振动,C-H摇摆振动,C-C伸缩振动,C-C伸缩振动与甲基摇摆振动。使用密度泛函理论的计算方法研究了红珊瑚拉曼谱峰的归属并对红珊瑚的拉曼谱峰进行了指认,为使用拉曼光谱鉴定红珊瑚提供了理论基础。同时为研究这类生物宝石材料拉曼谱峰的归属提供了一种新的方法。     

利用拉曼光谱分析血液成分的研究

利用显微拉曼光谱技术分析人体血液成分随时间推移的改变,为分析血液离体时间提供一种研究方法。通过分析拉曼峰强度随时间的变化,可以看出血液中的血浆的拉曼光谱在1 159和1 520cm-1处峰强度的比值符合不断减小的趋势;而血液中的血细胞的拉曼光谱在1 639和1 585cm-1处峰强度的比值也符合不断减小的趋势。表明拉曼光谱是分析血液成分,推断其降解过程的有效手段,并将其应用于血液离体时间的推断提供了理论支持。     

大肠杆菌基于微波法制备的纳米银胶的SERS光谱研究

在微波法制备的纳米银上获得了大肠杆菌的表面增强拉曼光谱, 大肠杆菌在650、952、1125、1242、1320、1372、1459 cm-1有明显的拉曼振动峰。其中650 cm-1处的振动峰最强, 1124、1320、1372和1459 cm-1处的四个振动峰较弱, 952、1242 cm-1处的二个振动峰强度居中。位于650 cm-1附近的拉曼峰源自于酪氨酸、鸟嘌呤的振动, 952 cm-1属于缩氨酸基团C=C的伸缩振动,1124 cm-1是蛋白质的C-N和C-C伸缩振动引起的, 1242 cm-1则归属于是酰胺 III蛋白的振动, 1320 cm-1是蛋白质的CH变形振动, 1372 cm-1是由酪氨酸振动引起的, 1459 cm-1则是蛋白质的CH2变形振动。     

亚硝酸钠化高铁血红蛋白的拉曼光谱量化检测研究

对亚硝酸钠化的高铁血红蛋白进行了拉曼光谱特性的研究。实验中将正常血红蛋白用亚硝酸钠氧化为高铁血红蛋白,通过测定不同比例高铁血红蛋白/总血红蛋白的拉曼光谱变化研究高铁血红蛋白的拉曼光谱特异性改变,并对不同比例高铁血红蛋白/总血红蛋白在1 586,1 605和1 637 cm-1处的拉曼强度进行线性拟合,以实现其定量检测。结果显示,亚硝酸钠与血红蛋白的摩尔比为3.5∶1时可以获得完全氧化的高铁血红蛋白,其拉曼特征峰在499,1 340,1 562,1 622 cm-1附近;不同比例高铁血红蛋白/总血红蛋白在1 586,1 605和1 637 cm-1处拉曼强度的线性拟合相关系数R2分别为0.972 84,0.997 97和0.991 26,显示出很好的线性关系。研究表明,与正常血红蛋白相比,亚硝酸钠化高铁血红蛋白的拉曼光谱具有特异性改变,其拉曼特征峰的位置和强度随着高铁血红蛋白/总血红蛋白比例的变化而相应发生改变,且比值与拉曼强度存在着线性相关关系,为临床上高铁血红蛋白血症的拉曼光谱检测与量化研究提供了理论基础。     

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。     

单细胞拉曼光谱分析地中海贫血红细胞的氧合态和去氧态

应用光镊拉曼光谱系统俘获单个红细胞并收集其拉曼光谱,选择I1638/I1547比值为区分红细胞氧合及去氧态指标,比较分析地中海贫血HbH-CS和健康个体单个红细胞的氧循环过程的氧合和去氧能力及去氧态群体红细胞.结果发现,在氧循环的去氧态中,地中海贫血HbH-CS的I1638/I1547显著高于正常对照;氧合态的I1638/I1547也略高于正常对照.群体统计中,若以小于正常对照I1638/I1547的平均值为去氧态基准,则正常对照46%的红细胞达到去氧态.而地中海贫血HbH-CS仅有15%,表明地中海贫血HbH-CS红细胞的氧合能力较强,但去氧能力显著低于正常对照,而且地中海贫血HbH-CS红细胞个体差异较大.该研究在单细胞水平上,揭示了地中海贫血HbH-CS红细胞氧合,去氧能力以及细胞个体差异性,以评价其携氧功能,为诊断治疗提供一定的理论依据.     

细胞色素bc_1复合物的共振拉曼光谱

对不同氧化还原状态的细胞色素 bc_1复合物的共振拉曼光谱进行了分析比较。对部分拉曼信号的变化进行了指认。细胞色素 c_1的还原引起1640cm~(_1)和1560cm~(_1)及1454cm~(_1)的明显变小,细胞色素 b 的还原引起1544cm~(_1)的下降。这些信号可以标志复合物中不同色素的氧化还原状态,对拉曼方法用于研究呼吸链酶系有重要参考价值。     

2-烷基TCNQ的红外光谱和结构研究——CH_2剪式振动的双峰与晶体场分裂的关系(英文)

测量了2-烷基TCNQ(C8TCNQ,C12TCNQ,C18TCNQ)浇铸膜的红外光谱,发现这类化合物的红外CH2剪式振动在1 471和1 462 cm-1处显示2个峰。这2个峰的强度比(I1 471/I1 462)随着烷基链的长度增加而明显减少。另外,来自CH2的1 471 cm-1吸收峰与来自TCNQ环的1 529 cm-1吸收峰的相对强度随着碳链的长度增加而不发生变化。CnTCNQ系列化合物的红外光谱CH2的剪式振动行为与长链脂肪酸中CH2行为很不相同。在长链脂肪酸中,晶体场效应导致了剪式振动分裂。考虑C12TCNQ的晶体结构,而将1 471cm-1峰归属为非叉指对接的碳链,将1 462 cm-1峰归于叉指对接的碳链,双峰的出现与晶体场分裂无关。并且得到烷基TCNQ中,非叉指对接的碳链的长度与碳链总长度无关的结论。     

傅里叶变换红外光谱应用于乳腺癌临床诊断的探索

应用了ATR探头测定了10例正常乳腺组织块和8例乳腺癌组织块的傅里叶变换红外(FTIR)光谱,用统计学的方法详细比较了乳腺癌组织与正常乳腺组织的13条谱带的19个红外光谱指标的差异。结果表明：乳腺癌组织的红外光谱中与蛋白质、脂类、碳水化合物和核酸相关的谱带同正常乳腺组织之间存在明显的差异：(1)N—H的相对强度明显增高,蛋白质酰胺Ⅰ带显著红移。(2)—CH₂基团的对称伸缩振动和反对称伸缩振动以及CO的伸缩振动明显减少;(—CH₂)_n变角振动的相对强度降低。(3)1 160 cm-1谱带与1 120 cm-1谱带的相对强度明显降低。(4)1 080 cm-1谱带红移。这些差异是应用红外光谱诊断乳腺癌的基础。FTIR光谱在乳腺癌的临床诊断和治疗方面有着十分美好的前景。     

基于拉曼光谱的卵巢癌诊断研究

卵巢癌是一种发病率和致死率极高的女性妇科疾病。目前卵巢癌的临床诊断主要依靠病理学检测,超声法以及检测血液中肿瘤标志物CA125,但是上述几种方法都存在其固有的缺陷。本研究提出应用拉曼光谱结合偏最小二乘-判别分析(PLS-DA)模型,实现在分子水平上判别诊断卵巢癌。拉曼光谱在正常组织与癌组织之间存在反映其癌变过程物质结构变化的微小差异。因此,通过结合PLS-DA数据模型分析拉曼光谱信息,能够将微小差异放大化,捕获生物分子的显著特征。在研究中,模型的变量数目选择其分类错误率最小时的数值,即隐变量的数目为5,能够捕获大量的官能团特征性信息,通过分析隐变量的p值大小可知5个隐变量均可实现对正常组织与癌组织的有效区分,并且第一个隐变量具有最明显的区分结果。通过模型运算结果可知,该模型对卵巢癌判别的准确性达到85.2%(其中灵敏性为86.2%,特异性为85.4%)。研究结果表明,拉曼光谱技术,通过与PLS-DA模型相结合,可作为卵巢癌临床诊断中的辅助诊断方法,从分子水平上实现对卵巢癌的诊断判别。     

Cl/HN3/I2全气相化学激光体系的化学动力学模拟计算

 对Cl/HN₃/I₂产生NCl(a)/I激光的过程进行了化学动力学计算，主要考察了Cl,HN₃和I₂的初始粒子数密度及其配比对小信号增益系数的影响。结果发现,当温度为400K, 初始Cl粒子数密度为1×10¹⁵，1×10¹⁶和1×10¹⁷cm^-3时,小信号增益系数分别达到1.6×10^-4,1.1×10^-3和1.1×10^-2cm^-1，获得最佳小信号增益系数的HN₃和I₂的初始粒子数密度分别为初始Cl粒子数密度的1～2倍和2%～4%。同时，对Cl，HN₃和I₂配比对小信号增益系数和增益持续时间的影响进行了讨论。     

Raman spectroscopy at different excitation wavelengths (1064, 785 and 532 nm) as a tool for diagnosis of colon cancer

Raman spectroscopy is structure sensitive non‐destructive method that allows observing the status of biological tissues with minimal impact. This method has a great potential in the diagnosis of various types of degenerative diseases including cancer damages. Near‐infrared Fourier transform (NIR‐FT)‐Raman (λ_ex ~1064 nm), NIR‐visible (Vis)‐Raman (λ_ex ~785 nm) and Vis‐Raman (λ_ex ~532 nm) spectra of normal and colorectal carcinoma colon tissue samples were recorded in macroscopic mode at 10–20 randomly chosen independent sites. In the cases of NIR‐Vis‐ and Vis‐Raman spectra, enhanced resonance effects were observed for tissue chromophores absorbing in the visible area. Evident spectral differences were noticed for Raman spectra of normal colon tissue samples in comparison with abnormal samples. The average Raman spectra of colon tissue samples were analysed by principal component analysis (PCA) to discriminate normal and abnormal tissues. PCA of combined dataset containing Raman intensities of chosen NIR‐FT, NIR‐Vis or Vis‐Raman bands led to discrimination of normal and abnormal colon tissue samples. Therefore, combination of these three Raman methods can be helpful for recognizing cancer lesions in colon for diagnostic purposes. Copyright © 2014 John Wiley & Sons, Ltd.     

Diagnosis of colorectal cancer using Raman spectroscopy of laser-trapped single living epithelial cells

A single-cell diagnostic technique for epithelial cancers is developed by utilizing laser trapping and Raman spectroscopy to differentiate cancerous and normal epithelial cells. Single-cell suspensions were prepared from surgically removed human colorectal tissues following standard primary culture protocols and examined in a near-infrared laser-trapping Raman spectroscopy system, where living epithelial cells were investigated one by one. A diagnostic model was built on the spectral data obtained from 8 patients and validated by the data from 2 new patients. Our technique has potential applications from epithelial cancer diagnosis to the study of cell dynamics of carcinogenesis.     

Study of both fingerprint and high wavenumber Raman spectroscopy of pathological nasopharyngeal tissues

High wavenumber (HW) Raman spectroscopy has weaker fluorescence background compared with fingerprint (FP) region. This study aims to evaluate the discrimination feasibility of nasopharyngeal non‐cancerous and nasopharyngeal cancer (NPC) tissue with both FP and HW Raman spectroscopy. HW Raman spectra of nasopharyngeal tissue were obtained for the first time. Raman spectra were collected to differentiate nasopharyngeal non‐cancerous (n = 37) from NPC (n = 41) tissues in FP (800–1800cm⁻¹), HW (2700–3100cm⁻¹), and integrated FP/HW region. First, to assess the utility of this method, the averaged Raman spectral intensities and intensity ratios of corresponding Raman bands were analyzed in HW and FP regions, respectively. The results show that intensities as well as the ratios of specific Raman peaks might be helpful in distinguishing nasopharyngeal non‐cancerous from NPC tissue with the HW Raman spectroscopy, as with FP Raman reported before. The multivariate statistical method based on the combination of principal component analysis–liner discriminant analysis (PCA‐LDA), together with leave‐one‐patient‐out, cross‐validation diagnostic algorithm, was used for discriminating nasopharyngeal non‐cancerous from NPC tissue, generating sensitivities of 87.8%, 85.4%, and 95.1% and specificities of 86.5%, 91.9%, and 89.2%, respectively, with Raman spectroscopy in the FP, HW, and integrated FP/HW regions. The posterior probability of classification results and receiver operating characteristic curves were utilized to evaluate the discrimination of PCA‐LDA algorithm, verifying that HW Raman spectroscopy has a positive effect on the differentiation for the diagnosis of NPC tissue by integrated FP/HW Raman spectroscopy. What's more, the potential of Raman spectroscopy used for differentiating different pathology NPC tissues was also discussed. The results demonstrate that both FP and HW Raman spectroscopy have the potential for diagnosis and detection in early nasopharyngeal carcinoma, and HW Raman spectroscopy may improve the discrimination of NPC tissue compared with FP region alone, providing a promising diagnostic tool for the diagnosis of NPC tissue. Copyright © 2015 John Wiley & Sons, Ltd.