拉曼光谱结合光学操控分选油脂酵母

为了探求建立准确快速分选油脂酵母的方法,尝试利用拉曼光谱与激光镊子技术,从细胞群体中分选出油脂酵母.收集各酵母细胞的拉曼光谱,经去背景、17点S-G平滑滤波、多项式拟合基线校正和矢量归一化等数据预处理,结合主成分分析,从酵母细胞的拉曼光谱中提取胞内物质的主要特征信息,根据物质构成的差异来区分油脂酵母与非油脂酵母,进而建...     

单细胞拉曼光谱研究游离脂肪酸对NIT-1胰岛β细胞生理的影响

运用激光镊子拉曼光谱技术探讨高浓度游离脂肪酸对NIT-1胰岛β细胞生理的影响。实验组细胞以含0.25mmol/L棕榈酸培养12,24,48h,平行对照组中不含任何脂肪酸。通过扫描形式收集各组细胞的拉曼光谱后,使用Hoechs33342/PI荧光染色保留活细胞的光谱,并在OriginPro 8.0系统中比较各组平均光谱的差异。结果显示对照组间的拉曼光谱无明显差异;高脂组光谱在780、1124、1092cm-1及1172cm-1发生拉曼位移,且780、1172、855cm-1及873cm-1峰值强度降低。这些变化的光谱峰在分子归属上指认为细胞内DNA和蛋白质。由此推断高浓度游离脂肪诱导NIT-1细胞损伤在光谱表现为细胞内DNA及蛋白质的结构、含量改变,且该变化与细胞的凋亡有着密切联系。在实验中激光光镊拉曼系统对观察细胞早期损伤有着积极作用。     

单个鼻咽癌细胞的拉曼光谱分析的研究

利用激光镊子拉曼光谱系统研究了鼻咽癌细胞株和正常人鼻咽部气道上皮细胞株的单个细胞的拉曼光谱,对于每个细胞在不同部位测3个点。结果显示：正常细胞和癌细胞的平均拉曼光谱有显著差异：正常的细胞光谱强度比癌细胞的明显要高;正常细胞的1304和1336 cm-1处峰的强度比值为1.05,癌细胞的为1.22。用PCA主成分分析和DFA判别分析分别对单个细胞的平均光谱和不同位置所取得的单独光谱进行分析,结果发现：PCA和DFA均可以把癌细胞和正常细胞正确区分,对于单独光谱,DFA的效果更好一些。同时还发现同一个细胞中不同的光谱位置对PCA和DFA的区分度影响不是很大;PCA和DFA的图中还表明癌细胞的均匀度要比正常细胞的差。以上的研究均表明：激光镊子拉曼光谱可以成为区别正常鼻咽细胞和鼻咽癌细胞的有效手段。     

光镊拉曼光谱法分析红法夫酵母内虾青素含量

建立一种用激光镊子拉曼光谱法快速定量红法夫酵母细胞内虾青素含量的方法。测定不同浓度虾青素标准品溶液的拉曼光谱,取其1 520cm-1峰峰高绘制虾青素标准曲线;取不同氮源、碳源的红法夫酵母细胞,一部分用激光镊子拉曼光谱法测定,一部分用紫外-可见分光光度法测定;最后分析两者间的相关性。结果表明虾青素标准曲线的相关系数到达0.998 3。在单位质量红法夫酵母虾青素含量与单位体积红法夫酵母发酵液虾青素产量方面,对比激光镊子拉曼光谱法与紫外-可见分光光度法,两种方法所得数据具有良好的相关性,其相关系数分别达到0.917 7和0.905 4,表明激光镊子拉曼光谱法能够达到紫外-可见分光光度法的测定效果,是定量分析红法夫酵母细胞内虾青素的更有效方法。     

激光镊子拉曼光谱法优化红法夫酵母合成虾青素条件

用激光镊子拉曼光谱法优化红法夫酵母生产虾青素的条件。首先,将红法夫酵母细胞拉曼光谱与虾青素标准品溶液拉曼光谱进行对比,找出定量虾青素的拉曼特征峰;然后对照红法夫酵母生长曲线与不同时间点红法夫酵母细胞内虾青素含量曲线,进行发酵时间的优化;最后将红法夫酵母分别用不同氮源、碳源培养基培养,对比其细胞的虾青素拉曼特征峰强度,最终优化培养基。由实验可得,适宜定量虾青素的拉曼特征峰是1520cm-1峰;最佳发酵时间为72h;最佳优化培养基氮源含硫酸铵4g/L+硝酸钾4g/L,碳源含蔗糖60g/L。从上述结果可知,用激光镊子拉曼光谱法对红法夫酵母合成虾青素的条件进行优化,充分发挥了其操作简便、耗时短、样品用量少、对样品无损伤等优势,使所得结果更准确可信。因此,激光镊子拉曼光谱法是红法夫酵母细胞合成虾青素条件优化的理想选择。     

浓醪乙醇发酵的单细胞拉曼光谱表征

应用激光镊子拉曼光谱技术收集500L发酵罐中木薯淀粉浓醪乙醇发酵过程底物、产物及酵母单细胞的拉曼光谱,以期从单细胞水平为乙醇发酵提供新的认识。结果显示:1)拉曼光谱可以实时监测浓醪乙醇发酵过程底物与产物的变化;2)酵母细胞胞内物质的变化存在类似于产物变化的前发酵期、主发酵期和后发酵期3个阶段,但出现的时间要比产物变化晚约4h;3)为适应浓醪发酵环境,酵母细胞的生理状态和胞内物质在不断地进行调整,随着环境乙醇浓度的升高,酵母细胞在胞内累积蛋白质和脂类物质,蛋白质二级结构逐渐变为以无规则卷曲为主;4)发酵后期,酵母细胞在胞内累积大量的嘌呤类物质,但细胞间含量存在异质性。上述结果表明,单细胞拉曼光谱技术提供了一种研究微生物发酵的新方法,可从新的角度获知乙醇发酵过程酵母细胞内外的变化信息。     

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。     

姜油细胞原位拉曼光谱研究

提出一种用拉曼光谱原位分析新鲜姜油细胞中姜油主成分的方法。用徒手切片制备新鲜姜样品,该样品置于DXR 激光共焦显微拉曼光谱仪下,用20倍物镜观察到油细胞,将激光聚焦在该油细胞上,获得了姜油细胞中姜油的拉曼光谱,共21条谱峰。不同油细胞上获得的拉曼光谱非常相似。获得了姜精油的拉曼光谱,与姜精油拉曼光谱的37条谱峰比较,油细胞有19条谱峰与之有对应关系。为了解释油细胞精油及姜精油的拉曼光谱,用密度泛函理论计算了姜烯的拉曼光谱。姜精油拉曼光谱有31条谱峰,油细胞中有19条谱峰与计算光谱有对应关系。该研究提供了一种拉曼光谱技术与密度泛函理论计算结合的快速容易的精油质量控制方法。     

拉曼镊子分析红酵母合成类胡萝卜素

利用拉曼镊子对红酵母合成类胡萝卜素进行分析,考查氮源和碳源对类胡萝卜素产量的影响.取发酵终点细胞,一部分用于紫外光谱法测定,另一部分用拉曼镊子检测.原始光谱经过背景扣除、基线校正等方法预处理,定性分析不同培养基培养细胞的平均光谱,类胡萝卜素的拉曼信号强度有明显不同;紫外检测结果和拉曼峰高数据有良好的相关性,拟合参数的相关系数分别达到0.907 8和0.9121;定量分析1508cm1峰高表明适宜红酵母细胞生长和类胡萝卜素合成的氮源和碳源分别是酵母粉+胰蛋百胨、葡萄糖.以上结果说明,拉曼镊子能提供红酵母胞内类胡萝卜索的含量信息,是实时检测红酵母细胞类胡萝卜素合成和优化发酵培养基的有效工具.     

天然气水合物拉曼光谱研究进展

介绍了常见的几种类型气体水合物的拉曼光谱特征,从水合物晶体结构、生成和分解动力学过程、自然界水合物的分析鉴定及激光拉曼光谱原位探测等几方面对天然气水合物拉曼光谱研究的最新进展进行了综述,探讨了激光拉曼光谱技术目前存在的问题与挑战,指出了其在天然气水合物研究方面的发展趋势与工作重点。     

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。     

光镊捕获金福菇孢子的拉曼光谱分析

使用光镊拉曼光谱系统俘获悬浮在生理盐水中的单个金福菇孢子,激发并收集其拉曼信号,结果显示单个金福菇孢子的拉曼光谱基本能呈现其内含物的组成和结构信息,脂类物质是其主要成分。同种栽培方式的3个不同菌株单个金福菇孢子的平均拉曼光谱信号基本一致,分别对其进行多元统计分析(PCA),无法区分其拉曼光谱信号;同一菌株不同栽培方式的单个孢子平均拉曼光谱的差异光谱表明其主要成分相同,都以脂类物质为主;而源自于脂类1743、1655、1442、1125、1080、1070、876、728cm-1等峰的信号强度基本一致,说明其脂类的含量基本相同。从单细胞拉曼光谱角度初步分析金福菇孢子,为光镊拉曼光谱技术研究食用菌孢子萌发机理提供有意义的参考。     

应用光镊子拉曼光谱鉴别阴道毛滴虫和口腔毛滴虫的研究

应用激光镊子拉曼光谱技术比较分析阴道毛滴虫和口腔毛滴虫的拉曼吸收峰,寻找具有分类学鉴别价值的特征拉曼峰。通过光镊随机俘获单个大小一致、有活力的虫体,记录其拉曼光谱,收集数据并做主成分分析。在937cm-1、1002cm-1和1446cm-1谱峰的强度和谱型上有差异,根据1002cm-1峰的信号强度,并结合937cm-1和1002cm-1峰强度比值(I937/I1002)以及1002cm-1和1446cm-1峰强度比值(I1002/I1446)可以作为区分阴道毛滴虫和口腔毛滴虫的量化指标。该法是简便、快捷、有效地鉴别两种人体毛滴虫的新方法。     

Near-infrared Raman spectroscopy of single optically trapped biological cells

We report on the development and testing of a compact laser tweezers Raman spectroscopy (LTRS) system. The system combines optical trapping and near-infrared Raman spectroscopy for manipulation and identification of single biological cells in solution. A low-power diode laser at 785 nm was used for both trapping and excitation for Raman spectroscopy of the suspended microscopic particles. The design of the LTRS system provides high sensitivity and permits real-time spectroscopic measurements of the biological sample. The system was calibrated by use of polystyrene microbeads and tested on living blood cells and on both living and dead yeast cells. As expected, different images and Raman spectra were observed for the different cells. The LTRS system may provide a valuable tool for the study of fundamental cellular processes and the diagnosis of cellular disorders.     

单细胞拉曼光谱结合多元统计方法分析不同酿酒酵母菌株的成分差异

应用单细胞拉曼光谱技术结合多元统计方法分析比较了六株不同来源的酿酒酵母菌株的同步化细胞,从而获知菌株间细胞成分的差异.利用连续密度梯度离心法分离酿酒酵母同步化细胞,分别对六个酵母菌株的同步化单细胞进行拉曼信号收集,并结合主成分分析(PCA)、辨别函数分析(DFA)两种多元统计分析光谱差异.结果表明,细胞的拉曼光谱表征其...     

Raman sorting and identification of single living micro-organisms with optical tweezers

We report on a novel technique for sorting and identification of single biological cells and food-borne bacteria based on laser tweezers and Raman spectroscopy (LTRS). With this technique, biological cells of different physiological states in a sample chamber were identified by their Raman spectral signatures and then they were selectively manipulated into a clean collection chamber with optical tweezers through a microchannel. As an example, we sorted the live and dead yeast cells into the collection chamber and validated this with a standard staining technique. We also demonstrated that bacteria existing in spoiled foods could be discriminated from a variety of food particles based on their characteristic Raman spectra and then isolated with laser manipulation. This label-free LTRS sorting technique may find broad applications in microbiology and rapid examination of food-borne diseases.     

Multiple-trap laser tweezers Raman spectroscopy for simultaneous monitoring of the biological dynamics of multiple individual cells

We report the development of a multiple-trap laser tweezers Raman spectroscopy (LTRS) array for simultaneously acquiring Raman spectra of individual cells in physiological environments. This LTRS-array technique was also combined with phase contrast and fluorescence microscopy, allowing measurement of Raman spectra, refractility, and fluorescence images of individual cells with a temporal resolution of ~5 s. As a demonstration, we used this technique to monitor multiple Bacillus cereus spores germinating in a nutrient medium for up to 90min and observed the kinetics of dipicolinic acid release and uptake of nucleic acid-binding stain molecules during spore germination.