表面增强拉曼光谱生物成像技术及其应用

基于表面增强拉曼光谱的成像分析方法具有频带窄,水溶液背景弱,稳定性好,高特异性等优势已成为生物成像领域的优良选择。拉曼成像技术拓展了拉曼光谱的应用范围,使其不再只是检测单点化学成分的手段,而进一步用于对评价区域内化学物质成分、分布及变化进行整体统计和描述。本文探讨了表面增强拉曼散射的原理及增强机制,介绍了基于表面增强拉曼光谱的拉曼成像技术,并对其在无标记成像及带标记成像中的细胞成像、活体成像,特别是其在生物医学方面的应用进行了详细论述,最后讨论了表面增强拉曼光谱生物成像技术存在的问题,展望了该项技术的研究和应用前景。     

基于拉曼光谱技术的甲状腺疾病检测的研究

基于光学成像与光谱技术的无损检测是生物医学光学交叉领域研究的重要发展方向。其中拉曼光谱技术可获得检测对象的生化成分的“指纹信息”,被广泛应用于面向生物分子,细胞以及生物组织的检测诊断研究。甲状腺疾病尤其肿瘤的临床检测往往涉及多方法和技术手段的结合,且存在一定的诊断难度,因此发展新的检测技术方法具有重要的意义。首先综述了拉曼光谱技术在甲状腺细胞系的单细胞拉曼光谱检测与分析,然后介绍甲状腺病理组织和甲状腺正常组织的拉曼光谱鉴别诊断(特别介绍了本研究小组开展以银纳米粒子为增强基底的甲状腺离体组织SERS光谱研究情况),以及拉曼光谱技术在甲状腺激素等方面的研究概况。最后简要探讨了拉曼光谱技术在该领域的研究应用前景和发展方向。     

拉曼光谱技术在爆炸物检测中的应用

随着恐怖活动的蔓延,对爆炸物的检测和溯源变得越来越重要。拉曼光谱能够提供化合物的指纹图谱,是对物质定性分析的有力工具,具有无损、快速、准确度高等优点,近年来在爆炸物检测领域被广泛应用。本文介绍了共聚焦显微拉曼光谱、空间偏移拉曼光谱、表面增强拉曼光谱等拉曼光谱技术在爆炸物检测方面的应用及最新研究进展。     

拉曼光谱技术在病理诊断中的研究进展

拉曼光谱技术能够提供与物质特定分子结构相关的光谱信息,可用于识别生物组织微小的生化变异,具有快速、实时、无损、无需样本预处理等优点,在临床病理诊断领域极具应用前景。与常规组织病理学分析相比,拉曼光谱技术能够直接检测活体组织,简化了分析程序,缩短了诊断时间。人体病变组织的细胞分子组成和结构可能发生变化,这为拉曼光谱技术在组织病理诊断中的应用提供了检测依据。基于组织分子组成与结构的差异,结合机器学习和化学计量学方法,拉曼光谱技术可以提供客观的诊断信息,实现快速、低侵入的病理诊断。回顾了近十年来拉曼光谱技术在组织病理诊断中的研究进展,对取得的关键成果进行了总结,阐述了当前离体和活体应用拉曼光谱技术的一些关键问题。针对离体拉曼光谱检测,重点评估福尔马林固定石蜡包埋样本、冷冻样本和新鲜组织样本等离体样本的适用情况;阐述拉曼光谱数据收集的关键技术,包括适用光源、光谱范围,以及病理样本光谱采集的方式等。对于活体拉曼光谱检测,重点介绍了活体检测研究中拉曼光谱技术应用的两种形式：结合医用内窥镜进行体内检测,以及开放手术中的直接检测;综述了临床适用的拉曼系统,重点介绍了当前活体拉曼研究中应用的光纤探头。同时,文章也讨论了拉曼光谱数据的处理与分析方法,通过光谱预处理,特征提取与分类识别,构建拉曼光谱病理诊断模型,在小样本范围能够获得较好的诊断结果。考虑临床实际应用,仍需要不断优化分析方法,实现拉曼光谱与生化信息的关联,将样本个体差异的影响纳入分类模型中,以提升模型性能。文章对拉曼光谱应用于病理诊断中的关键问题进行了讨论,为进一步开展研究提供参考。未来需要更深入和广泛地开展离体和活体研究,以促进拉曼光谱技术在临床中的应用。     

基于唾液的拉曼光谱检测进行肝癌诊断的研究

表面增强拉曼光谱技术是近年来快速发展的一种痕量特征标记性物质检测技术, 达到了分子识别水平, 具有很高的灵敏度, 能够精确地分析和了解物质结构和成分。人体唾液中含有大量体征相关的特异性蛋白质和分泌物质。唾液检测具有无创、获取方便、适合开展大规模普查等优点。表面增强拉曼光谱检测技术可以快速地对唾液进行检测, 二者的结合, 有可能成为一种癌症诊断的新方法。本文利用表面增强光谱技术对肝癌患者进行实验研究, 通过对肝癌患者唾液的采集、样品的处理、光谱的采集及光谱分析, 肝癌特异性标记物AFP(alpha fetoprotein)的检测及分析等过程得到肝癌相关特征信息, 表明肝癌患者与正常人的唾液样本分类良好, 灵敏度及特异性较好; 进一步验证了AFP抗原的分子组成, 且AFP抗原的拉曼强度基本随浓度的递增呈递减趋势; 对肝癌患者的唾液样本及AFP抗原的拉曼光谱进行比对分析, 提示利用表面增强拉曼光谱检测唾液有可能诊断早期癌症。     

拉曼光谱技术在农产品质量安全检测中的应用

农产品的质量安全与我们老百姓的身体健康和生命安全密不可分。传统的化学检测方法具有需要样品前处理,操作过程复杂以及破坏样品等诸多缺陷。拉曼光谱技术作为一种分析、测试物质分子结构强有力的表征手段,可以快速实现样品的无损伤、定性定量检测分析。随着拉曼光谱技术的不断完善和应用范围的逐渐拓宽,拉曼光谱技术在农产品的质量安全检测中发挥着极其重要作用,并且具有广阔的应用前景。目前,已经有大量的基于拉曼光谱技术检测农产品质量安全的相关研究报道,为了解拉曼光谱技术的检测原理以及发展现状,并跟踪国内外最新研究进展,简述了拉曼光谱技术的基本原理及其发展、拉曼光谱检测装置,深入综述了拉曼光谱技术在果蔬、禽畜、粮食质量安全检测中的最新研究进展,指出了拉曼光谱技术应用在农产品质量安全检测中的现存的技术问题。另外,还简要介绍了国内外部分拉曼光谱仪的部分信息和便携式拉曼光谱仪专利申请状况,展望了该项技术的研究方向和应用前景。     

拉曼光谱技术在食品质量安全检测中的应用

拉曼光谱技术具有样品无需前处理、操作简便、时间短、灵敏度高等优点,可获得样品的物理化学及深层结构信息,已广泛应用于石油化工、生物医学、地质考古、刑事司法、宝石鉴定等领域。拉曼光谱对水等极性物质极其不敏感,在食品质量安全检测方面具有良好的应用前景。论文简述了拉曼光谱技术的检测原理、分类以及系统的组成,综述了拉曼光谱技术在食品成分分析和农药残留检测中的最新研究进展,指出了该技术在食品质量安全检测中的关键技术并对今后的研究进行了展望。     

远程增强拉曼光谱技术及其应用

远程痕量检测技术在公共安全、环境监测、军事战争等领域具有重要的应用前景.拉曼光谱作为一种分子散射光谱,具有指纹识别、无损检测等优势,在远程痕量检测中前景广阔.本文综述了远程增强拉曼光谱技术及其应用.首先,从发展历程、关键技术和技术联用等角度综合分析了远程拉曼光谱检测系统;其次,简要介绍了近场增强拉曼光谱的原理及典型增强...     

激光拉曼光谱分析氢同位素的应用

拉曼光谱作为一种物质结构和成分分析的测试手段而被广泛应用.介绍分析了激光拉曼光谱法用于氢同位素分析的可行性,并综述介绍了国内外研究人员利用激光拉曼光谱在氚参与的放射反应监测分析、氢同位素定性检测、定量分析方法研究等方面开展的工作.     

拉曼光谱技术在农作物生理信息检测中的研究进展

拉曼光谱(Raman spectroscopy,RS)是一种散射光谱,具有样品前处理简单、响应速度快、灵敏性高以及原位无损检测等特点。由于拉曼信号具有指纹图谱特性和不受水分信息干扰的优势,其在生物体信息检测方面发挥着重要作用。拉曼光谱成像技术是拉曼光谱技术发展的新方向,其可以同时获取研究对象的空间及光谱信息;显微拉曼光谱技术不仅可以进行分子结构的检测,还能够实现生物组织微区化学成分的空间分布分析。目前,应用拉曼光谱进行农作物生理信息的检测成为学者们的研究热点。本文概述了拉曼光谱的基本原理和分类,并重点介绍了拉曼光谱技术在农作物的生殖与营养器官(种子,花朵,果实和根,茎,叶)中生理信息检测方面的国内外最新研究进展。最后结合国内外研究现状,分析了拉曼光谱在农作物生理信息检测中的局限,并对其的应用前景进行了展望。     

应用拉曼光谱分析变压器油中溶解乙酸含量

乙酸是变压器油纸绝缘老化所生成酸类物质的主要成分;分析变压器油中溶解乙酸含量对准确评估运行变压器的老化状态具有重要意义。拉曼光谱技术是基于拉曼效应的一种分子分析技术,能很好地用于物质的非接触式原位检测。论文开展了变压器油中溶解乙酸含量拉曼光谱检测方法研究： 利用Gaussian 09W软件分析了乙酸分子的拉曼振动特性,对实测乙酸拉曼谱峰的振动模式进行了指认;基于实验室搭建的激光拉曼光谱液体检测平台,对不同乙酸含量的变压器油样进行了原位检测;选定891 cm-1作为变压器油中溶解乙酸分子的拉曼特征峰,基于乙酸891 cm-1与变压器油932 cm-1特征峰面积比值和最小二乘法建立了乙酸的定量分析方法,检测限可达0.08 mg·mL-1。实验结果表明： 激光拉曼光谱可应用于油中溶解乙酸含量原位检测并具有良好的检测稳定性和重复性,为变压器油中溶解乙酸含量的快速、无损检测提供了一种新方法。     

拉曼光谱技术在病原微生物检测中的应用

病原微生物是指可侵犯人体,引起感染的微生物,临床上由病原微生物感染引发的疾病极为常见。传统的临床病原菌诊断主要依赖于细菌培养,但此方法耗时长,往往需要2～5 d才能得到检测结果,并且存在部分细菌培养困难甚至无法培养的问题。在无法鉴别菌种以及药物敏感性的情况下医生凭借经验使用广谱抗生素,加速了细菌耐药性的产生。因此,病原微生物的高灵敏快速检测方法研究成为重要研究方向。拉曼光谱技术是一种对待测样品进行原位、非侵入性检测的技术,可在单细胞水平上提供微生物细胞中不同生物分子的指纹图谱信息,通过这些信息可以确定微生物的种类、生理特征和突变表型等,实现对微生物样品的快速检测。随着激光光谱学的快速发展以及临床需求的不断增加,促使了以拉曼光谱检测技术为核心的亚技术诞生（如：表面增强拉曼光谱技术、傅里叶变换拉曼光谱技术、激光共振拉曼光谱技术、共聚焦显微拉曼光谱技术、相干反斯托克斯拉曼光谱以及受激拉曼光谱等相关技术）,同时改善了以往拉曼光谱技术信号强度弱的不足,以实现对微生物高精度的快速检测分析。凭借着其具有对样本的状态没有限制以及能够检测物质成分微小变化的优势,近年来对拉曼光谱在病原微生物领域的研究日渐增多。对微生物检测的研究现状进行了调查和分析,围绕着拉曼光谱技术原理对其在微生物检测中的应用进行了具体阐述,其中主要对该技术在病原微生物鉴定以及药敏检测中的研究进展展开讨论,并就其与传统检测技术之间的差别和优势进行分析,展示了拉曼光谱技术作为病原微生物的快速检测新方法的前景。     

Application of Raman Spectroscopy Technique to Agricultural Products Quality and Safety DeterminationSCIEI北大核心CSCD

The quality and safety of agricultural products and people health are inseparable. Using the conventional chemical methods which have so many defects, such as sample pretreatment, complicated operation process and destroying the samples. Raman spectroscopy as a powerful tool of analysing and testing molecular structure, can implement samples quickly without damage, qualitative and quantitative detection analysis. With the continuous improvement and the scope of the application of Raman spectroscopy technology gradually widen, Raman spectroscopy technique plays an important role in agricultural products quality and safety determination, and has wide application prospects. There have been a lot of related research reports based on Raman spectroscopy detection on agricultural product quality safety at present. For the understanding of the principle of detection and the current development situation of Raman spectroscopy, as well as tracking the latest research progress both at home and abroad, the basic principles and the development of Raman spectroscopy as well as the detection device were introduced briefly. The latest research progress of quality and safety determination in fruits and vegetables, livestock and grain by Raman spectroscopy technique were reviewed deeply. Its technical problems for agricultural products quality and safety determination were pointed out. In addition, the text also briefly introduces some information of Raman spectrometer and the application for patent of the portable Raman spectrometer, prospects the future research and application.     

利用拉曼光谱技术研究低剂量X射线辐射对人神经母细胞瘤细胞的影响

低剂量电离辐射引发的生物效应复杂而多样,其研究往往又受到辐射标志物和检测技术手段的限制。将拉曼光谱技术应用于低剂量辐射生物效应研究,利用10 mW,532 nm共聚焦拉曼光谱对经过100,200和500 mGy三种辐射剂量的X射线辐照之后的人神经母细胞瘤细胞进行检测,发现细胞嘌呤核苷酸（722～728和1 572～1 581 cm-1等等）、嘧啶核苷酸（770～785 cm-1等等）等DNA相关的拉曼特征峰受到电离辐射影响而发生变化,说明低剂量X射线辐照造成细胞DNA水平改变。采用流式细胞术对同样条件辐照后培养6 h的人神经母细胞瘤细胞进行细胞周期分析发现,三种剂量的X射线电离辐射均造成细胞在G2期阻滞,同样提示电离辐射引起DNA水平升高。通过划痕实验分析辐照后20 h的细胞迁移能力,结果显示,相较于未接受X射线照射的对照细胞,受到三种剂量电离辐射的人神经母细胞瘤细胞均出现迁移水平下降。研究结果表明,通过拉曼光谱分析发现低剂量X射线电离辐射引起人神经母细胞瘤细胞DNA水平变化,其结果与细胞周期分析和迁移分析的结果相一致,但检测时间大大提前,利用拉曼光谱技术可以实现低剂量辐射损伤等细胞生物学效应的早期发现与监测。     

Raman Spectroscopy–Based Multivariate Statistical Analysis Reveals the Molecular Mechanism of K562 Cell Apoptosis Induced by Adriamycin

Based on the combination of Raman spectroscopy with principal component analysis and hierarchical cluster analysis, the molecular mechanism of K562 cell apoptosis induced by Adriamycin in physiological conditions is presented. The obtained results reveal that DNA of K562 cells treated with Adriamycin is lowered greatly, indicating that the damage of the DNA of K562 cells is indeed the main molecular mechanism of K562 cell apoptosis induced by Adriamycin. Specially, by combining principal component analysis and hierarchical cluster analysis, the statistical difference between Raman spectra of different cell types can be revealed effectively. Importantly, this kind of Raman spectroscopy–based multivariate statistical analysis will supply a useful tool for the molecular mechanism detection of cell behavior in physiological conditions.     

In vitro confocal Raman micro‐spectroscopic approach to screen the mode of action of Chinese herbs on oxidative damaged human sperm

This paper presented a rapid and reliable approach to screen the antioxidant active ingredients on human sperm from Chinese herbs by means of confocal Raman micro‐spectroscopy. For the first time with the proposed approach, we performed the studies of rationalizing the active ingredients from several Chinese herbs. In this study, the FeSO₄/H₂O₂‐induced oxidative damaged sperm after co‐culture with compounds or active fraction extracted from some Chinese herbs commonly used in the treatment of male infertility were observed by using confocal Raman micro‐spectroscopy. The Raman spectral fingerprints of the damaged sperm were very different from the normal ones, and the further statistical analysis were successfully used to support the results, these differences were shorten after co‐culture with the compounds or active fraction we had chosen, and the results were almost consistent with the traditional clinical trial results and other published data, all which showed that these compounds or active fraction were the chemogenomics of the Chinese herbs on anti‐oxidative damaged sperm. In brief, we demonstrated that by means of confocal Raman micro‐spectroscopy, in vitro is a rapid, reliable and large‐scale approach to screen the antioxidant active ingredients on human sperm from Chinese herbs. Copyright © 2016 John Wiley & Sons, Ltd.     

拉曼光谱法鉴定文物及艺术品中染料的研究进展

中国是丝绸之路的发源地,染色历史源远流长。文物及艺术品中的有机染料蕴含着制作年代、原料来源、染色工艺及保存状况等丰富的信息,但因染料成分复杂、含量低、易于降解,其鉴定一直是文物分析领域的难点。拉曼光谱作为一种指纹光谱在文物及艺术品中染料分析方面具有独特的优势。系统阐述了显微拉曼光谱法(MRS/μ-Raman)、近红外傅里叶变换拉曼光谱法(NIR-FT-Raman)、表面增强拉曼光谱法(SERS)、共振拉曼光谱(RRS)法的原理、特点、局限性以及在染料鉴定中的研究进展和发展方向; 分类归纳总结出了黄栀子、姜黄等染料的拉曼光谱特性; 对比分析了紫茜素在采用不同波长激光器激发下的荧光现象; 介绍了以自制的灰绿色银胶颗粒为基底,联合薄层色谱(TLC) 分离技术及SERS鉴定茜草中的色素,表明银溶胶微粒产生的表面增强效应可显著降低拉曼光谱荧光背底。指出拉曼光谱作为一种快速、便捷的结构定性测试手段在文物和艺术品染料分析中应用前景广阔,提出多种拉曼光谱技术相结合、拉曼光谱技术与分离技术相结合以及拉曼光谱技术与远距离传导技术相结合是拉曼光谱技术的发展趋势。     

Recent advances in linear and nonlinear Raman spectroscopy. Part VII

The aim of this paper is to provide an overview of advances in the field of Raman spectroscopy as reflected in articles published each year in the Journal of Raman Spectroscopy as well as in trends across related journals publishing in this research area. The context for this review is derived from statistical data on article counts obtained from Thomson Reuters ISI Web of Knowledge by year and by subfield of Raman spectroscopy. Additional information is gleaned from presentations featuring Raman spectroscopy presented at the International Conference on Advanced Vibrational Spectroscopy in Kobe Japan in August 2013 and at SCIX 2013 sponsored by the Federation of Analytical Chemistry and Spectroscopy Societies in Milwaukee, Wisconsin, USA, October 2013. Papers published in the Journal of Raman Spectroscopy in 2012 are highlighted in this review and reflect topics and advances at the frontier of Raman spectroscopy, a field that is expanding rapidly as a sensitive photonic probe of matter at the molecular level in an ever widening sphere of novel applications. Copyright © 2013 John Wiley & Sons, Ltd.