拉曼光谱技术在恶性骨肿瘤患者红细胞中的研究应用

对单晶态血红蛋白和红细胞的拉曼光谱进行了研究.发现在600～1 750 cm-1的范围内,红细胞与单晶态血红蛋白的拉曼谱图极其相似,只有小量的峰移和加宽.实验结果表明可以通过分析红细胞的拉曼谱图中与heme相关的特征峰来研究红细胞内血红蛋白的结构及功能.对正常人和恶性骨肿瘤患者红细胞的拉曼光谱进行了分析,发现恶性骨肿瘤...     

温度对单个活态人红细胞携氧能力的即时影响

利用快速显微多道分光光度技术,在无损、在位、实时的情况下,测定了不同环境温度下单个活态人红细胞内血红蛋白吸收光谱的即时变化情况。发现人红细胞内血红蛋白吸收峰的高度和位置均随环境温度的变化而变化,表明人红细胞的携氧能力与温度密切相关。初步揭示了人红细胞内血红蛋白分子结构、浓度与功能之间的密切关系,并且探讨了温度变化对人红细胞生理功能即时影响的分子机制。     

喇曼光镊分析血红细胞的携氧能力

应用喇曼光镊系统结合气体循环供给装置,收集了不同氧合状态的单个红细胞的喇曼光谱,分析了激光功率对氧合状态分析的影响.选择氧合态和去氧态的对比及区分指标,并运用该指标分析了不同保存时间、不同健康状态红细胞的携氧能力.结果发现:较强功率的激光照射细胞会导致其亚铁血红素凝集特征峰1248、1371cm-1升高;I1638/I1547比值是区分氧合态与去氧态的良好标志;经较长时间保存的红细胞氧合能力增强,但去氧能力没有显著变化;而α-地中海贫血HbH-CS患者的红细胞氧合能力比正常对照的强,但其去氧能力较差.从而表明喇曼光镊可以快速灵敏地分析红细胞的氧合能力,评价其携氧功能.     

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.     

人血单个红细胞的共振拉曼光谱研究

给出了人血单个红细胞在不同激发光源下的共振拉曼光谱。从实验谱中得到 ,构象不灵敏的苯丙氨酸的单取代基环的伸缩振动谱线 10 0 2cm-1和吡咯环的CN呼吸振动谱带中 16 2 0cm-1的谱线 ,对 782nm激发光源共振较强 ,呈现出强度大而半高宽小的尖锐谱线 ;而在 5 14nm激发光源下 ,该两条谱线较弱。其他谱线 ,高波数段 (大于 135 0cm-1) ,在 5 14nm激发光源下 ,谱线强度大且清晰 ;低波数段 (小于 135 0cm-1) ,对应 782nm激发光源的拉曼谱线强而明显。同时还给出了同一激光光源下 ,取血后不同时间单个红细胞的拉曼光谱。发现对 782nm激发光源 ,除 16 0 1cm-1谱线强度减小外 ,其他无明显变化 ;而对 5 14nm激发光源 :一是有许多条谱线强度减小 ,二是许多条谱线向低波数移动了 4～ 10cm-1波数左右。这些实验结果 ,可以为研究单个红细胞的结构、功能及进一步研究病变细胞的变异提供有力的实验基础。     

喇曼光镊分析血红细胞的携氧能力

应用喇曼光镊系统结合气体循环供给装置,收集了不同氧合状态的单个红细胞的喇曼光谱,分析了激光功率对氧合状态分析的影响.选择氧合态和去氧态的对比及区分指标,并运用该指标分析了不同保存时间、不同健康状态红细胞的携氧能力.结果发现：较强功率的激光照射细胞会导致其亚铁血红素凝集特征峰1 248、1 371 cm－1升高|I1 638/I1 547比值是区分氧合态与去氧态的良好标志|经较长时间保存的红细胞氧合能力增强,但去氧能力没有显著变化|而α-地中海贫血HbH-CS患者的红细胞氧合能力比正常对照的强,但其去氧能力较差.从而表明喇曼光镊可以快速灵敏地分析红细胞的氧合能力,评价其携氧功能.     

基于拉曼光谱方法研究不同剪切力下的红细胞亚损伤

利用共聚焦拉曼光谱技术,对人工心脏泵不同剪切应力下受到亚损伤的红细胞进行实验研究,验证拉曼光谱对红细胞亚损伤程度的评估能力,为血液损伤评价提供了一种新的思路。实验采集血红蛋白和红细胞的拉曼光谱标准谱图并进行对比分析,以确定红细胞谱图特征峰的归属。用血液剪切力试验平台对测试血样施加暴露时间为1 s,大小分别为0,50,100,150,200,250和300 pa的剪切力。利用共聚焦拉曼仪器,在10倍长焦物镜,532 nm激光光源波长,积分时间10 s,积分次数2次,2.5 mW功率下采集剪切应力作用后的红细胞拉曼谱图。通过归一化的方法对比红细胞的拉曼谱图变化,评估红细胞亚损伤的程度,运用曲线拟合方法对特征峰和剪切应力进行拟合,验证拉曼光谱对红细胞亚损伤的评估能力。对比血红蛋白和红细胞的拉曼光谱标准谱图发现,红细胞谱图能够反映血红蛋白的内部结构。且结果表明,拉曼光谱法可以用于区分不同剪切应力下亚损伤的红细胞,推断剪切应力可以透过细胞膜从而影响到其内部的血红蛋白结构。且随着剪切力的增大,1 376 cm-1位置左侧谱线呈现明显抬高趋势,1 549和1 604 cm-1位置的峰强增高,1 639 cm-1位置的氧浓度标记带ν₁₀振动谱带减弱。其中1 549 cm-1位置的峰强为亚铁离子高自旋带,在不同剪切力的作用下,峰强差异表现最明显,与剪切应力呈明显的正向线性关系,拟合效果良好。拉曼光谱法检测样本处理简单、耗时短、操作简便、重现性好,且可以精确的检测到细胞内部结构的细微变化,可以评估红细胞的亚损伤程度,弥补了传统评价溶血的方法的不足,为人工心脏泵血液损伤评价提供了新的技术手段,拓宽了拉曼检测方法的应用领域。     

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。     

氢离子对血红蛋白-氧亲和力影响的拉曼光谱研究

静脉采血,分离并制备血红蛋白溶液,用拉曼光谱方法观察不同pH时H+对血红蛋白-氧结合状态与能力的影响。结果显示:在514.5nm激光的激发下,当pH为7.4时,随着氧分压降低,血红蛋白在1 375,1 562,1 585和1 638cm-1峰强均逐渐减弱,其中以1 375和1 638cm-1峰渐变最明显且相关性显著。以氧分压为横坐标,拉曼峰强为纵坐标,对pH为5.7,7.4和8.0时的血红蛋白在1 375和1 638cm-1峰的强度及其氧分压进行线性拟合,结果显示2处的拟合效果均良好,拉曼峰强度/氧分压的斜率关系表现为K8.0>K7.4>K5.7,表明pH越低血红蛋白的氧亲和力越低,越有利于向组织释放氧气。研究表明,应用拉曼光谱技术可检测血红蛋白与氧的亲和力,通过对血红蛋白-氧亲和力的量化检测,可以观察pH对血氧结合状态的影响,为血氧分压的监测以及氢离子和二氧化碳等血氧亲和力调节因子调节能力的研究提供新的研究方法与理论基础。     

pH协同血清白蛋白对单个活态人红细胞作用的拉曼光谱研究

红细胞是维持生命最重要的细胞之一,pH是影响其结构功能的重要因素。 结合人血液中存在血清白蛋白,且可能会对红细胞起作用的特点,在模拟人体内血液中血清白蛋白与血红蛋白摩尔比值的条件下,研究pH协同血清白蛋白对单个活态人红细胞的形态,细胞膜变形能力及胞内血红蛋白结构变化的影响。 结果显示,不同pH下,红细胞的表面形态、 膜变形能力的变化规律与其胞内血红蛋白结构的变化有关：在pH 4.14,4.76,10.18时,红细胞胞内血红蛋白螺旋结构的减少、 疏水性氨基酸的暴露,血红素珠蛋白结合状态的改变,影响了血红蛋白结构的稳定性,从而导致红细胞的结构发生变化,其形态、 膜变形能力与正常值相比,变化结果显著。 而在pH 6.51和7.80下,血红蛋白的拉曼谱结果并未发现有上述变化情况,胞内血红蛋白的结构没有发生改变,红细胞的形态、 膜变形能力也接近于正常值。 在pH 5.49和8.76下,红细胞的表面形态和膜变形能力都有不同程度的变差,但其胞内血红蛋白的结构并没有改变,提示红细胞的形态和变形能力的改变可能是可逆的。 结果表明,pH协同血清白蛋白的作用下,血清白蛋白能对红细胞起保护作用,增强红细胞调节、 缓冲环境pH变化的能力。 研究结果全面地揭示了在模拟人体内血液中血清白蛋白与血红蛋白摩尔比值的情况下,红细胞结构功能的变化情况,不仅有助于阐明红细胞在有关生理、 病理状态下的结构与功能的变化,而且对其临床表现与有关防治对策都有重要的指导意义。     

Polarization Raman study of protein ordering by controllable RBC deformation

Polarized Raman spectroscopy is used to provide evidence of hemoglobin protein ordering as the red blood cell (RBC) is stretched with optical tweezers. The stretching of the cell is intended to mimic the deformation that it experiences as it travels through vessels and capillaries. The depolarization ratios for a number of heme Raman bands change as the cell is stretched, confirming the semi‐ordered nature of the hemoglobin ensemble in the cytoplasm. Furthermore, trends observed in the ratio shifts point to increased packing and ordering of the Hb after cell stretching. This evidence should shed more light on to the role of deformation in the RBC function. Copyright © 2009 John Wiley & Sons, Ltd.     

结肠癌病人几种细胞的Raman光谱

文章给出了结肠癌病人的几种细胞的拉曼光谱。从实验谱线中得到,均有构像不灵敏的苯丙氨酸的单取代苯环的伸缩振动谱线1002cm~(-1),谱线强而半高宽较小,且不易改变,可作为生物细胞拉曼谱线的内标。白细胞拉曼谱线弱而少,红细胞拉曼谱线强而丰富,且有一个吡咯环的C—N呼吸振动谱带,窄而强的1919cm~(-1)的特征峰,宽而强的谱线1577,1560,1548cm~(-1),这是其他细胞不具有的。腺癌细胞的拉曼谱线相对较弱,许多谱线消失,生长在不同部位癌变细胞的荧光强度分布不同。通过这些特征拉曼谱线的不同,为癌症的诊断和治疗提供了有力的实验依据。     

A resonance Raman spectroscopic investigation into the effects of fixation and dehydration on heme environment of hemoglobin

The effects of fixation and dehydration procedures on heme environment inside human erythrocytes were examined using resonance Raman spectroscopy. The resonance Raman spectroscopic data along with far‐infrared spectra show that hemoglobin in air‐dried red blood cells and those fixed in the precipitating fixatives, methanol and acetone, changes to hemichrome, a low‐spin component in which the sixth coordination site of the iron is occupied by the imidazole group of the distal histidine. The cross‐linking fixatives, formaldehyde and glutaraldehyde, maintain hemoglobin in its native conformational state (oxyhemoglobin) as evidenced by the appearance of the oxygen ligand marker bands along with the skeletal sensitive modes. However, polymerization with cross‐linking fixatives increases the auto‐oxidation kinetics of hemoglobin and gradually oxidizes it to the met state. Moreover, the dehydration of a red blood cell under N₂ results in a change of oxyhemoglobin to a six coordinate low‐spin Fe^II derivative of hemoglobin, hemochrome. Copyright © 2009 John Wiley & Sons, Ltd.     

High‐resolution Raman imaging reveals spatial location of heme oxidation sites in single red blood cells of dried smears

Raman confocal microscopy with 488 nm excitation wavelength supported with atomic force microscopy (AFM), scanning near‐field optical microscopy (SNOM) and UV–Vis spectrometry was used to investigate air‐dried erythrocytes (red blood cells, RBCs) in whole human blood smears. The central internal part of the cell was dominated by the laser‐induced O₂ dissociated oxyHb form as evidenced by the Fe²⁺ marker band appearing at 1356 cm⁻¹. The existence of a thin outer layer of hemoglobin in the periphery of RBCs was assigned to hemichrome. Evidence for hemichrome includes the oxidation state marker band appearing at 1376 cm⁻¹, the absence of FeO₂ band at 570 cm⁻¹ and a UV–Vis spectrum consistent with hemichrome. This is the first time that distributions of Fe²⁺/Fe³⁺ hemes inside the single RBC have been reported. The outer layer formation of hemichrome was additionally studied when RBCs were in contact with leucocytes and carotenoids of blood plasma. Copyright © 2014 John Wiley & Sons, Ltd.     

人血红细胞在纳米银膜上的表面增强拉曼光谱研究

将硝酸银和聚乙烯醇加入去离子水中混合后作为电解液,以紫外光激发,用银棒电解得到纳米银膜。用扫描电镜观测纳米银的形貌,发现银膜上的颗粒是紧靠在一起的。以该纳米银膜为基底,用便携式拉曼光谱仪对4个正常人和7个白血病人的血红细胞样品进行了表面增强拉曼散射(SERS)光谱的检测。实验中发现,该纳米银膜对人血红细胞的拉曼散射光谱具有较好的增强的效果和较好的重复性。比较正常人与白血病人血红细胞的SERS谱,存在明显的差别,7个白血病人血红细胞样品在1385 cm-1(吡咯四分之一环伸缩振动)处SERS峰消失,在1425 cm-1处的谱线(CαCm的对称伸缩振动)变宽和变强,对可能的原因进行了分析。     

Ⅱ型糖尿病人与大鼠红细胞拉曼光谱学比较

使用激光共聚焦拉曼光谱仪测量正常大鼠红细胞、正常人红细胞、糖尿病STZ造模大鼠红细胞、糖尿病四氧嘧啶造模大鼠红细胞和人Ⅱ型糖尿病红细胞的拉曼光谱,应用主成分分析(principal component analysis,PCA)结合支持向量机(support vector machines,SVM)分类器对数据进行判别分析,然后采用类间距离判断两种造模方法与人Ⅱ型糖尿病的接近程度。结果发现糖尿病红细胞与正常红细胞的拉曼光谱存在明显差异,糖尿病在酰胺 ⅥCO变形振动谱带处峰高显著,并在酰胺ⅤN—H变形振动谱带处谱线出现偏移,属于磷脂的脂酰基C—C骨架1 130 cm-1谱线增强,1 088 cm-1谱线强度减弱,说明糖尿病红细胞膜的通透性增强。PCA结合SVM可以很好地区分以上5类红细胞的拉曼光谱,分类器测试结果表明分类准确度达100%。通过分别计算两种造模方法与人Ⅱ型糖尿病的类间距离,发现STZ造模法更接近人Ⅱ型糖尿病。由此得出结论：拉曼光谱法可以用于糖尿病诊断,大鼠糖尿病STZ造模法更接近人类Ⅱ型糖尿病。