糖尿病及并发症血清的表面增强拉曼光谱

为了从分子水平上二探讨病人血清中组织、细胞代谢产物的生化异常.利用表面增强拉曼散射技术检测了糖尿病及并发症(冠心病、青光眼和脑梗塞)病人的血清.结果表明:这几种疾病患者血清的表面增强托曼光谱十分相似,说明这几种疾病中组织、细胞代谢产物的分子结构或含量变化相近;与正常人血清的表面增强拉曼光谱相比,存在显著的差异,特别是在这几种疾病患者血清中,谱线725 cm-1相对强度明显增强,且增强部分来自腺嘌呤的贡献,与血糖的高低无关,说明这几种疾病患者的代谢产物中含有较高的碱基腺嘌呤,这些结果为研究糖尿病及并发症的生化机理以及临床诊断提供有力的实验依据.     

高磁场中纳升(Nanoliter)生物组织固态氢谱及代谢研究

在高磁场21.1 T（900 MHz ¹H NMR)的快速魔角旋转条件下,采用商业化的1.6 mm探头, 生物样品可以在≤1 μL(150 nL,约0.15 mg）和较短的时间（数分钟）内获得满意的代谢产物的固体高分辨氢谱,且仅需对1.6 mm样品管稍作改进. 防止生物样品的泄漏和污染是实验成功的关键因素,因此对于生物样品的封装进行了讨论, 同时对于微量生物样品在高磁场下信噪比的优化策略也进行了理论和实验的探讨. 该文介绍了生物样品的高磁场固体NMR谱学方法在代谢组学的应用,并总结了此领域里的最新研究进展.     

基于NMR的代谢组学方法最新进展及应用

代谢组学的定义“对病理/生理刺激以及基因改变时生物体系动态的代谢响应进行多参数的定量测量”已被广泛接受. 本文对代谢组学研究的最新进展及其在系统生物学中所发挥的作用进行了综述. 在代谢组学方法研究方面,着重讨论了现代NMR技术的进展及其对代谢组学所产生的影响,同时也包括用于分离的HPLC及其与质谱的连用技术. 对代谢组学广泛应用的概述,主要包括：对正常生理变化的新认识;药物和其他外源性化学物质的副作用;外源性物质对环境污染的影响以及逐渐增多的代谢组学方法在疾病检测中应用.     

基于口腔自体荧光效应和深度学习的牙菌斑的分割及量化

牙菌斑是牙齿表面一层难以观测的生物膜,是导致龋齿、牙龈炎等一系列疾病的直接诱因.牙菌斑的早期定量化无损检测具有重要的临床意义.短波长光激发下,牙菌斑的细菌及其代谢产物可以产生自体荧光.基于前期成像系统的基础上,采集大量牙菌斑在405nm蓝光激发下产生的红色荧光;牙菌斑越成熟红色荧光强度越高;采用改进的U-net网络对该...     

生物质快速热裂解制取生物油试验研究

本文在快速热解试验装置中对片状的白松样品进行制取生物油的试验研究.考察了运行参数对热解产物分布的影响,重点研究了各个参数对热解气体和生物油组分的影响规律.结果表明,气体产物中主要以CO、CO2、H2和CH4为主,CO、H2和CH4的浓度随着温度升高而上升.生物油主要含有有机酸类、苯酚类和糖类等化合物.在同一载气流量下,随着辐射源温度的增加,大分子产物的产量逐渐减少,小分子产物的产量有所增加.在同一辐射源温度下,随着载气流量的减小,小分子产物的产量呈增加趋势.     

红外光谱法检测生物大分子损伤的研究进展

红外光谱技术由于其灵敏度高和对样品的非破坏性等优点已成为研究生物大分子损伤的重要工具。蛋白质、脂质和核酸等受到损伤时,其红外光谱特征吸收峰的峰位、峰型和峰强会发生变化,这为检测生物大分子损伤并进一步揭示相关疾病的发生、发展及早期预防提供了依据。还综述了近年来使用红外光谱法检测生物大分子损伤的研究进展,介绍了利用傅里叶变换红外光谱、衰减全反射傅里叶变换红外光谱和傅里叶红外显微等技术在蛋白质二级结构、膜脂流动性和离子通透性以及药物对DNA的作用机制等领域的应用,以及相关的定性和定量分析方法进行了评述,提出了目前红外光谱分析技术中存在的问题,并对今后红外光谱在生物医学领域中的应用前景作了展望,指出疾病早期诊断、红外光谱联用以及定量分析技术等将成为红外光谱领域未来的研究热点。     

冷冻干燥对人类体液代谢组影响的NMR研究

样品前处理是代谢组分析的重要环节，而冷冻干燥是样品前处理过程中去除溶剂的重要方法，但冷冻干燥对代谢组分析结果的影响还有待进一步研究.本文以人类尿液和血清样本为研究对象，采用核磁共振（NMR）技术分析了冷冻干燥对这两种重要体液代谢组的影响，发现冷冻干燥会引起体液样本中部分有机羧酸和氨基酸含量的改变；而且，冷冻干燥对尿液和血清样品代谢组的影响不同，这可能与两种体液的生物基质差异有关.本研究结果表明，在代谢组学研究中要格外关注冷冻干燥对样品前处理及后续数据归一化所产生的影响.     

核黄素与NADH在紫光波段的激光诱导荧光光谱研究

基于细胞代谢荧光体的激光诱导荧光探测,在生物反应过程监测与生物活性物质探测中具有广泛的应用.本文利用波长可调谐激光光源,结合液体射流进样装置,研究了核黄素与NADH等生物荧光体在紫光波段(389 nm～404 nm)激发的荧光光谱,并考察了激光强度、样品浓度等参数对荧光光谱特性的影响.实验观察到核黄素的激发光谱在402.5 nm处出现"波谷",具有特征性,选择403.5 nm激光激发,核黄素的浓度灵敏度约为NADH的八百分之一.这些结果为发展生物荧光探测与识别技术提供了新的基础数据.     

核黄素与NADH在紫光波段的激光诱导荧光光谱研究

基于细胞代谢荧光体的激光诱导荧光探测,在生物反应过程监测与生物活性物质探测中具有广泛的应用.本文利用波长可调谐激光光源,结合液体射流进样装置,研究了核黄素与NADH等生物荧光体在紫光波段(389nm～404nm)激发的荧光光谱,并考察了激光强度、样品浓度等参数对荧光光谱特性的影响.实验观察到核黄素的激发光谱在402.5nm处出现“波谷”,具有特征性,选择403.5nm激光激发,核黄素的浓度灵敏度约为NADH的八百分之一.这些结果为发展生物荧光探测与识别技术提供了新的基础数据.     

衰减全反射傅里叶变换红外光谱技术的临床应用研究进展

系统回顾了衰减全反射傅里叶变换红外光谱(attenuated total reflection Fourier transform infrared, ATR-FTIR)技术在临床医学领域中的应用研究进展。ATR-FTIR光谱技术具有实时、简单、无创扫描生物组织样品的优势,通过结合多模式识别统计学方法并对照临床及病理学诊断结果,可对生物组织样本进行判别分析。目前,对甲状腺、乳腺,以及肺组织等新鲜离体组织的光谱学检测中,ATR-FTIR技术可达到较高的判别敏感性、准确性与特异性;尤其在对甲状腺和乳腺疾病患者的前哨淋巴结活检的研究中,应用ATR-FTIR技术,可对良、恶性组织进行敏感性、准确性与特异性均较高的鉴别研究,对辅助临床诊断具有潜在的重要价值。此外,利用ATR-FTIR光谱技术对生物体液进行光谱分析并进一步诊断疾病的研究也在逐步开展。由于血清中所含成分的改变对于提示疾病状况具有重要价值,因而血清ATR-FTIR光谱学诊断方法成为研究热点,已有应用ATR-FTIR技术对脑胶质细胞瘤、心肌梗死、肾衰、阿尔茨海默病、卵巢癌与子宫内膜癌等多种疾病进行分析的研究报道。目前已可通过ATR-FTIR技术对卵巢癌进行疾病分期的判别诊断,该技术有望成为卵巢癌筛查的重要方法。由于血清ATR-FTIR光谱学技术具有检测快速、判别准确、性价比高等优势,有望成为今后生物医学发展的重要方向之一。     

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。     

激光诱导击穿光谱在疾病诊断中的应用前景

微量元素与人体健康密切相关。比如,金属元素的稳态可能会影响细胞的代谢功能,进而诱发某些疾病的产生。激光诱导击穿光谱（LIBS）,是一种可用于分子复杂的生物材料或临床标本的无因子分析技术,具有从单个激光脉冲和少量材料（纳克级数）中获得元素信号的能力。综述了2015年以来LIBS技术在疾病诊断方面的相关研究,包括几种常见疾病（结石、脱发、眼病,等）和恶性肿瘤（皮肤癌、肝癌、胃癌、乳腺癌、卵巢癌、宫颈癌,等）。研究的样品涵盖块状组织、结石、组织切片、血清、血浆、全血等生物材料。这些生物样品包含或积累了可以检测、定量和成像的金属物质和金属化合物。LIBS能够以百万分之几的灵敏度和微观分辨率对样品中内源性和外源性化学元素进行微分析、定位分析以及定量分析。最后,对LIBS技术的医学发展趋势进行了展望。希望简单的评述能够吸引更多的科学家关注LIBS技术在疾病诊断领域的应用,进而促进LIBS技术的日趋完善,为疾病诊断和治疗发挥更大的作用。     

同步辐射硬X射线衍射增强峰位成像CT研究

对于主要由轻元素组成的生物、医学样品,利用衍射增强成像技术可以观察到常规吸收成像无法观察到的内部微观结构,因而衍射增强成像具有较高的衬度和空间分辨率.选用苍蝇作为实验样品,在北京同步辐射装置上首次开展了衍射增强峰位成像CT实验.重建出的样品断层像显示其分辨率达到了几十μm水平.对于将衍射增强成像技术应用于生物和医学等领域具有重要意义.     

Adamantane Derivatives Functionalized Gold Nanoparticles for Colorimetric Detection of MiRNA

MiRNAs are riveting RNA molecules due to their close relevance to the regulation of gene expression and certain physiological or pathological processes. Rapid and sensitive methods for miRNA assay are essential for biological researches and clinical diagnosis of many diseases. In this work, gold nanoparticles (AuNPs) have been modified with adamantane derivatives and then Dwith NA probes for colorimetric detection of miRNA. Target miRNA induces a change in DNA conformation and initiates strand displacement amplification, eventually leading to massive aggregations of AuNPs. By comparing the UV–vis absorption spectra, miRNA concentration can be determined. This developed method can detect miRNA as low as 3.7 × 10^?15m with remarkable specificity. Moreover, it is successfully used to inspect the expression of miRNA in biological samples. Therefore, adamantane derivatives functionalized AuNPs are demonstrated to offer a novel platform for biosensing and the miRNA sensing strategy may find a broad spectrum of practical applications.     

Intrinsic Fluorescence of Protoporphyrin IX from Blood Samples Can Yield Information on the Growth of Prostate Tumours

Prostate cancer is one of the most common types of cancer in men, and unfortunately many prostate tumours remain asymptomatic until they reach advanced stages. Diagnosis is typically performed through Prostate-Specific Antigen (PSA) quantification, Digital Rectal Examination (DRE) and Transrectal Ultrasonography (TU). The antigen (PSA) is secreted by all prostatic epithelial cells and not exclusively by cancerous ones, so its concentration also increases in the presence of other prostatic diseases. DRE and TU are not reliable for early detection, when histological analysis of prostate tissue obtained from a biopsy is necessary. In this context, fluorescence techniques are very important for the diagnosis of cancer. In this paper we explore the potential of using endogenous phorphyrin blood fluorescence as tumour marker for prostate cancer. Substances such as porphyrin derivatives accumulate substantially more in tumours than in normal tissues; thus, measuring blood porphyrin concentration by autofluorescence intensity may provide a good parameter for determining tumour stage. In this study, the autofluorescence of blood porphyrin was analyzed using fluorescence and excitation spectroscopy on healthy male NUDE mice and in those with prostate cancer induced by inoculation of DU145 cells. A significant contrast between the blood of normal and cancer subjects could be established. Blood porphyrin fluorophore showed an enhancement on the fluorescence band around 632 nm following tumour growth. Fluorescence detection has advantages over other light-based investigation methods: high sensitivity, high speed and safety. However it does carry the drawback of low specificity of detection. The extraction of blood porphyrin using acetone can solve this problem, since optical excitation of further molecular species can be excluded, and light scattering from blood samples is negligible.     

Modeling and Optimizing of Effective Factors on Kinetic Spectrophotometric Determination of Vitamin B12

Journal of Applied Spectroscopy - A new, accurate, sensitive, and reliable kinetic spectrophotometric method for the determination of vitamin B12 in biological samples and pharmaceutical...     

Overcoming Debye length limitations: Three-dimensional wrinkled graphene field-effect transistor for ultra-sensitive adenosine triphosphate detection

Adenosine triphosphate (ATP) is closely related to the pathogenesis of certain diseases, so the detection of trace ATP is of great significance to disease diagnosis and drug development. Graphene field-effect transistors (GFETs) have been proven to be a promising platform for the rapid and accurate detection of small molecules, while the Debye shielding limits the sensitive detection in real samples. Here, a three-dimensional wrinkled graphene field-effect transistor (3D WG-FET) biosensor for ultra-sensitive detection of ATP is demonstrated. The lowest detection limit of 3D WG-FET for analyzing ATP is down to 3.01 aM, which is much lower than the reported results. In addition, the 3D WG-FET biosensor shows a good linear electrical response to ATP concentrations in a broad range of detection from 10 aM to 10 pM. Meanwhile, we achieved ultra-sensitive (LOD: 10 aM) and quantitative (range from 10 aM to 100 fM) measurements of ATP in human serum. The 3D WG-FET also exhibits high specificity. This work may provide a novel approach to improve the sensitivity for the detection of ATP in complex biological matrix, showing a broad application value for early clinical diagnosis and food health monitoring.     

微波消解-ICP-MS测定动物血清和组织器官中的微量银元素

银的应用在当代生物医学领域得到极大地推广,其生物安全性也受到密切关注,明确银离子在生物体内分布以及其安全阈值显得格外重要。因此,需要一种高灵敏度的分析方法来确定医学生物样品中银的含量。电感耦合等离子体质谱(ICP-MS)法对于金属离子检测具有很高的灵敏度,非常适用于医学生物样品中所含痕量银元素的检测,但具体方法的开发,包括样品前处理和检测过程,尚处于起步阶段。本研究建立了一套简便易行的微波消解处理机体血清和组织器官样品,通过ICP-MS法测定样品内微量银元素的检测方法。血清和肌肉、骨髓、骨骼组织,以及心脏、肝脏、脾脏、肾脏器官样品经5 mL硝酸-2 mL过氧化氢体系微波消解。消解程序采用2 000 W功率3步式温度梯度,样品最终消解完全,获得的数据重复性好,且耗费时间短,为大批量样品处理节省了时间。消解溶液经稀释定容,在优化仪器工作参数后,用ICP-MS对溶液中的107Ag进行测定,以钇(Y)为内标元素补偿基体效应和准确度漂移。测定结果显示,107Ag元素检出限为0.98 μg·kg-1,标准曲线相关系数为0.999 9,回收率为98%～107%,相对标准偏差(RSD)为2.0%～4.3%。用该法测定了动物血清和组织器官中的银元素含量,发现机体摄入银离子后,主要蓄积在肝脏。检测结果表明ICP-MS方法可以准确地测定机体的微量银元素,所建立的方法适用性强,可满足不同类型医学生物样品中微量银元素的测定,操作简便快捷,结果准确且灵敏度高,尤其适合于大批量生物样品的检测,为其他生物样品微量元素的检测提供了指导。     

核磁共振波谱在肿瘤诊疗中的应用研究进展

在介绍肿瘤样品代谢物的核磁共振波谱技术的研究方法的基础上,从离体组织和活体组织两个方面综述核磁共振波谱(NMR)在诊断肿瘤方面的应用进展,分析了它在肿瘤诊疗中的应用前景。在离体组织方面,人们通过1H和31P-NMR谱观测病人的体液样品、培养的细胞、切除的组织等来研究脂质、磷脂等代谢物的分布,观测肿瘤与对照组织之间的差别。其中利用组织提取物的方法能够得到分辨率较高的图谱,非常适合应用于肿瘤诊断和治疗方法的研究。高分辨魔角旋转(HR-MAS)的方法在肿瘤诊断研究方面展现出新的生命力,利用高分辨魔角旋转技术可以直接得到组织细胞中很多分子水平的代谢物结构和组成信息,因此它在癌症的早期诊断中具有很好的前景。在活体核磁共振波谱诊断肿瘤方面,主要应用1H和31P核磁共振波谱,结合MRI为非侵入性肿瘤分析提供了一种临床可用的方法。MRI与MRS技术的结合将使核磁共振波谱在医学领域有更大的应用空间。