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。     

3-三苯基锗基-1,1-二苯基-1-丙烯及其同系物的拉曼光谱和红外光谱

我们合成了一类多苯基取代的烯丙基锗烷类化合物,并测量了这三种化合物的拉曼光谱和红外光谱。经光谱分析,指认了主要波数所对应的分子振动。在这三种化合物的拉曼光谱中,Ge-Ph均在1000cm-1附近出现非常强的振动峰;烯丙基中的C=C键在1615 cm-1和1595 cm-1附近出现强的振动峰;在1585 cm-1附近出现芳香环的多重振动峰;在3050 cm-1(m)1、025 cm-1(m)、615 cm-1(m)附近出现芳香环的C-H伸缩振动,C-H面内弯曲振动和C-H面外弯曲振动峰;与饱和碳原子相连接的Ge-C振动峰分别出现在595 cm-1、592 cm-1和597 cm-1。在红外光谱中,这类化合物的Ge-C振动和饱和Ge-C振动较为明显,分别出现在1090 cm-1(s)附近和625 cm-1~577 cm-1(w)之间。     

β-三氯锗基丙酸类化合物的拉曼光谱和红外光谱

我们合成了β-三氯锗基丙酸及其类似物并测量了该化合物的拉曼光谱和红外光谱 ,经光谱分析 ,指认了主要波数所对应的分子振动。在 A、B、C、D四种化合物的拉曼光谱中 ,Ge- Cl的振动分别出现在 397cm- 1( vs)、40 0 cm- 1( vs)、394cm- 1( vs)、385cm- 1( vs)中 ,而在红外光谱中却无法证明 Ge- Cl键的存在 ,Ge- C键的振动在 Raman光谱中分别在 594cm- 1( w)、62 6cm- 1( w)、634cm- 1( w)、641 cm- 1( w)。在红外光谱中 ,各种极性基团的振动表现的更明显 ,分别出现了 O- H、CH2 、C- O和 C=O的振动峰。     

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。     

芬太尼类物质的振动光谱特征分析研究

通过分析28种芬太尼类物质的红外和拉曼光谱,研究了芬太尼类物质的振动光谱特征,考察了红外和拉曼光谱对芬太尼类物质的区分能力。整体上看,芬太尼类物质的红外和拉曼光谱表现出不同的光谱特征,具有互补性。在红外光谱中,不同盐型芬太尼类物质在3200～2 000 cm-1区间差异显著,碱型化合物在2 972～2 952 cm-1存在强的吸收峰,盐酸盐化合物在2 600～2 320 cm-1存在中等强度的多重吸收峰,枸橼酸盐化合物在3 100～2 800 cm-1存在中等偏弱的宽吸收峰。在红外光谱中,芬太尼类物质在1 750～1 630 cm-1存在由C═O键伸缩振动引起的强吸收峰,在710～680 cm-1存在由苯环面外弯曲振动引起的强的单峰或双峰。在拉曼光谱中,28种芬太尼类物质均在1 001～1 002 cm-1处有强的拉曼峰,该峰是由苯环上C-H键的面内弯曲振动引起的。含烷基、苯基、四氢呋喃基取代化合物的拉曼光谱中,1 000 cm-1左右位置的峰为基峰,其他峰的强度均低于基峰强度的30%;含氟、呋喃、硫代等取代基化合物的拉曼光谱中,除1 000 cm-1左右位置的峰外还有其他高强度的峰。红外光谱可用于区分所有芬太尼类物质,对绝大多数化合物区分度高,对个别结构相差一个甲基的芬太尼结构类似物的区分度较弱,但通过指纹区的特征吸收峰,也可实现区分。当不存在荧光干扰时,拉曼光谱可用于区分所有的芬太尼类物质,对绝大多数化合物区分度高,对部分结构相差一个甲基或不同位置甲基取代的芬太尼结构类似物的区分度较弱,但通过指纹区的特征峰,也可实现区分。红外光谱和拉曼光谱均具有无需样品前处理、测试速度快、检测成本低、绿色环保等优点,便携式设备可用于现场快速检验。拉曼光谱仪测定某些样品时会受到荧光干扰,具有一定的局限性。与拉曼光谱相比,红外光谱无荧光干扰、谱图一致性高、商业谱库更加完备,是现场快速定性分析的首选方法。     

结直肠组织中脂类的拉曼光谱研究

利用共聚焦显微拉曼光谱系统,检测了结直肠癌组织及邻近正常组织的拉曼光谱234例,从分子水平探讨结直肠癌变的原因。实验结果表明：在900～2 100 cm-1频移范围内,与正常组织比较,归属于结直肠癌组织中脂类伸缩振动的1 067和1 133 cm-1 拉曼峰强度相对较弱,扭转振动的1 299 cm-1与CH面内变形振动的1 264 cm-1拉曼峰的强度比值减少,应用SPSS16.0统计学软件进行平均值计算与比较,正常组织中的1 299和1 264 cm-1的强度比值平均值为3.17,癌变组织的为1.33; 二者的分界值为1.96,以此判别结直肠癌组织和正常组织符合率为94%。研究表明,结直肠癌组织中脂类的链内纵向有序性下降,不饱和度增加。可推测结直肠癌组织中脂类的能量储存增加是引起这些变化的原因,而这些变化将导致细胞膜的流动性增强,从而改变细胞膜的物质运输、能量传递和信号传导,终将引起DNA 结构的变化。因此,脂类的能量分布变化可能是导致细胞癌变的原因之一。     

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。     

银杏内酯分子结构和光谱性质的理论研究

采用密度泛函理论方法详细考察四种银杏内酯分子(银杏内酯A、B、C和J)的结构和光谱性质.研究发现，改变银杏内酯上的取代基，银杏内酯分子骨架具有相对稳定的结构.基于优化得到的稳定结构，我们计算得到了四种银杏内酯分子的红外(Infrared,IR)光谱、拉曼(Raman)光谱和振动圆二色(Vibrational circular dichroism,VCD)光谱性质.我们发现，四种银杏内酯分子的IR光谱图在1100 cm-1有较明显的区别，这些振动峰主要是银杏内酯分子中C-O-C键的伸缩振动峰.在Raman光谱图中，波长在3600cm-1处为银杏内酯分子中羟基的伸缩振动，银杏内酯A、银杏内酯B、银杏内酯C分裂成了两个强度不等的振动峰，而银杏内酯J分子表现为一个宽的振动峰.在VCD光谱图中，我们发现四种银杏内酯分子在3800 cm-1附近有明显的区别.     

β-三苯锗基丙酸及β-三苯锗基丁酸的拉曼及红外光谱

我们合成了有机锗化合物的一类重要中间体β-三苯锗基丙酸和β-三苯锗基丁酸 ,测量了该化合物的拉曼光谱和红外光谱 ,经光谱分析 ,指认了主要波数所对应的分子振动。在这两种化合物的拉曼光谱中 ,30 50 cm- 1( m)、1 0 2 5cm- 1( m)和 61 8cm- 1( m)分属于 Ph- H的伸缩振动、面内弯曲振动和面外扭曲振动。饱和 Ge- C键的振动分别在 594cm- 1和 587cm- 1,同时指出了 Ph- Ge的几种振动所对应的振动频率。在红外光谱中 ,C=O的振动出现在 1 70 9cm- 1( s)和 1 70 5cm- 1( s) ,与饱和碳相连接的 Ge- C振动出现在 61 7cm- 1( w)和 61 7cm- 1( w)。     

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。     

利用纳米力学方法对皮肤进行超声组织定征的研究

纳米力学方法适用于具有离散特性的材料.利用纳米力学方法,得出声波在多层皮肤组织中的波动方程.分别改变黑素瘤皮肤的泊松比、黑素瘤侵袭厚度(Breslow深度)、节间距离,计算多层皮肤结构模型对垂直入射纵声波的反射系数.同时计算了声速和声衰减系数随组织参数的变化.计算结果表明,可综合利用一定频率段内反射系数最小点数、声速和衰减系数的变化来表征正常皮肤和病变皮肤.     

Applications of Raman spectroscopy in dentistry part II: Soft tissue analysis

Raman spectroscopy is rapidly moving from an experimental technique for the analysis of biological molecules to a tool for the real-time clinical diagnosis and in situ evaluation of the oral tissue in medical and dental research. The purpose of this study is to identify various applications of Raman spectroscopy, to evaluate the contemporary status, and to explore future directions in the field of dentistry. Several in-depth applications are presented to illustrate Raman spectroscopy in early diagnosis of soft tissue abnormalities. Raman spectroscopy allows researchers to analyze histological and biochemical composition of biological tissues. The technique not only demonstrates its role in the disclosure of dysplasia and malignancy, but also in performing guided biopsies, diagnosing sialoliths, and assessment of surgical margins. Raman spectroscopy is used to identify the molecular structures and their components to give substantial information about the chemical structure properties of these molecules. In this article, we acquaint the utilization of Raman spectroscopy in analyzing the soft tissues in relation to dentistry.     

Raman spectroscopic investigation of frozen and deparaffinized tissue sections of pediatric tumors: neuroblastoma and ganglioneuroma

Raman spectroscopy is a nondestructive technique that can provide information at the molecular level about the biochemicals in tissues. We have investigated the cellular regions in neuroblastoma and ganglioneuroma using Raman spectroscopy and compared their spectral characteristics with those of the corresponding normal adrenal gland. Thin sections from both the frozen and the corresponding formalin‐fixed paraffin‐processed (FFPP) tissues were studied in conjunction with the pathological examination of the tissues. Investigation of the spectral data shows that the normal adrenal gland tissues have higher levels of carotenoids, lipids, and cholesterol compared with the neuroblastoma and ganglioneuroma frozen tissues. However, in comparison with the frozen tissues, the FFPP tissues show a significant alteration of several biochemicals, including the complete removal of carotenoids, lipids, and cholesterol in the adrenal tissues. A quantitative analysis using chemometric methods of principal component analysis and discriminant function analysis of the Raman spectral data obtained from the frozen tissues show a clear‐cut classification among pathological groups with high sensitivity and specificity. We have validated the classification results of the FFPP tissues against a training set data obtained from the archived FFPP tissues of nine other patients. The validation process correctly identified and grouped the data with the training set of normal adrenal gland (>97% of the time) and neuroblastoma (100% of the time) tissues, whereas the validation was not so strong for ganglioneuroma. This study shows that Raman spectroscopy combined with chemometric methods can be successfully used to distinguish neuroblastoma and ganglioneuroma at cellular level in frozen tissue sections. This study also shows that formalin fixation and paraffinization/deparaffinization of tissues can alter their biochemical composition. Copyright © 2012 John Wiley & Sons, Ltd.     

肺正常组织与癌变组织的表面增强拉曼光谱

采用共焦显微拉曼光谱进行肺正常组织与癌变组织的表面增强拉曼光谱测试,拉曼位移测试范围为300～1700cm-1 。根据得到的肺正常和癌变组织的表面增强拉曼光谱,对比分析了两者的特点与差异。选取蛋白质主链构象中构象不灵敏的CH₂弯曲振动在1454cm-1的谱线为内标,发现相比肺正常组织,癌变组织蛋白质主链中酰胺Ⅲ和酰胺Ⅰ谱带的有序构象明显减少,对α螺旋和无规则卷曲的损伤比较严重,β回折几乎消失,而骨架C—N,C—C伸缩振动却出现了与前2个谱带截然相反的状况,有序构象显著增加,蛋白质侧链构象变化与主链相比则相对复杂;DNA的骨架磷酸基团、脱氧核糖、磷酸-脱氧核糖和碱基的含量总体呈增加趋势;RNA的情况与DNA类似;磷脂的链内纵向有序性参数明显下降。     

热作用过程中生物组织特性变化的光学监测

基于热作用下生物组织特性的理论，描述了最新的理论研究进展，介绍了将光学监测技术用于热致组织特性变化研究的原理与方法，并给出了典型的实验结果；生物组织的散射系数与损伤特性的关联：生物组织的吸收系数对脱水量的依赖性；热作用下血液灌注的光学成像监测。将光电技术用于热作用过程中生物组织特性变化的监测，对进一步完善热疗理论、实现热疗的在体监测具有重要的理论意义与实践意义。     

Influence of dynamic tissue properties on temperature elevation and lesions during HIFU scanning therapy:Numerical simulation

When large tumors are treated,ablation of the entire volume of tumors requires multiple treatment spots formed by high intensity-focused ultrasound(HIFU)scanning therapy.The heating effect of HIFU on biological tissue is mainly reflected in temperature elevation and tissue lesions.Tissue property parameters vary with temperature and,in turn,the distribution of temperature as well as the heating effects change accordingly.In this study,an HIFU scanning therapy model considering dynamic tissue properties is provided.The acoustic fields and temperature fields are solved combining the Helmholtz wave equation with Pennes bio-heat transfer equation based on the finite element method(FEM)to investigate the effects of various tissue properties(i.e.,the attenuation coefficient,acoustic velocity,thermal conductivity,specific heat capacity,density,and blood perfusion rate)on heating performance.Comparisons of the temperature distribution and thermal lesions under static and dynamic properties are made based on the data of tissue property parameters varying with temperature.The results show that the dynamic changes of thermal conductivity,specific heat capacity,and acoustic velocity may account for the decrease of temperature elevation in HIFU treatment,while the dynamic changes of attenuation coefficient,density,and blood perfusion rate aggravate the increase of temperature on treatment spots.Compared with other properties,the dynamic change of attenuation coefficient has a greater impact on tissue temperature elevation.During HIFU scanning therapy,the temperature elevation and tissue lesions of the first treatment spot are smaller than those of the subsequent treatment spots,but the temperature on the last treatment spot drops faster during the cooling period.The ellipsoidal tissue lesion is not symmetrical;specifically,the part facing toward the previous treatment spot tends to be larger.Under the condition of the same doses,the temperature elevation and the size of tissue lesions under dynamic properties present significant growth in comparison to static properties.Besides,the tissue lesion begins to form earlier with a more unsymmetrical shape and is connected to the tissue lesion around the previous treatment spot.As a result,lesions around all the treatment spots are connected with each other to form a closed lesion region.The findings in this study reveal the influence of dynamic tissue properties on temperature elevation and lesions during HIFU scanning therapy,providing useful support for the optimization of treatment programs to guarantee higher efficacy and safety.     

Feasibility of finding malignant diseases with the Ar 501.7 nm laser line using a new blood-analysis method

Utilizing a new blood-analysis method which uses the interaction between an Ar⁺ laser beam and a blood sample, it can be shown that there is a significant difference in the reflectance variation δR between the malignant and benign blood, at 501.7 nm of the Ar⁺ laser, under a dc magnetic field, for both human and mouse blood. For the malignant mouse-blood with leukaemia, δR tends to be positive with the magnetic field, while for the benign blood it is negative. This is also true for the human blood. This fact is confirmed by the inverted variation of the higher order Fourier pattern obtained by the Fourier pattern analyser from the transmitted beam through the diluted sample, for the malignant and benign mouse-blood under the magnetic field.