基于PCA和BP网络的地中海贫血红细胞拉曼光谱判别

应用激光镊子拉曼光谱(LTRS)技术,俘获单个红细胞并收集其拉曼光谱.将主成分分析(PCA)算法和反向传播BP网络预测模型相结合,进行地中海贫血(简称地贫)红细胞类型的判别.PCA结果显示,正常对照与中间型α-地贫(HbH-CS)基本可区分,但正常对照与重型β-地贫,HbH-CS与重型β-地贫间差异不明显.将归一化处理的前5个主成分进行BP网络训练及预测,结果发现,正常对照与HbH-CS间预测正确率高达97.90%,正常对照与重型β-地贫,HbH-CS与重型β-地贫间预测正确率分别为90.72%和86.28%.该结果与平均拉曼光谱及主成分分析结果基本吻合.取不同的实验条件下收集的光谱进行同样的分析,3种组合的预测正确率略有不同,分别为95.28%,92.08%,91.85%,但呈现基本相同的规律.     

恶性骨肿瘤患者红细胞的拉曼光谱研究

通过对正常人和恶性骨肿瘤患者红细胞的拉曼光谱进行了研究.发现对于恶性骨肿瘤患者,部分谱线如1001.2,1228.8,1398.7,1372.8cm-1红移了2～4cm-1,说明这些谱线对应的基团内部构象发生微小变化.以1586cm-1为标记峰得到各峰的相对峰强比,发现恶性骨肿瘤患者红细胞的拉曼峰相对于正常人的相对强度的比值在1505,1228,1087,1001和747cm-1处显著减小,说明亚铁血红素、苯丙氨酸和脱氧核糖在红细胞内的含量减少.由统计分析可知Ⅰ1586/1228,Ⅰ1586/1001和Ⅰ1586/1169的峰-峰比的变化可为恶性骨肿瘤的早期诊断提供一定的依据.     

心律失常患者红细胞的光镊拉曼光谱

利用激光光镊拉曼光谱系统,测定健康者红细胞(RBC)和心律失常患者红细胞的拉曼光谱,对健康者红细胞与心律失常患者红细胞的拉曼光谱进行了比较,发现心律失常患者红细胞的部分谱线整体强度有所减弱,部分谱线发生了频移;另外,低强度He-Ne激光对心律失常患者红细胞也存在一定的影响.根据拉曼光谱差异性,进一步探讨其红细胞内容物的...     

重组大肠杆菌表达可溶性蛋白和包涵体过程的拉曼光谱实时分析

应用激光镊子拉曼光谱系统(LTRS),实时分析不同温度下蚕豆14-3-3b可溶性蛋白和包涵体蛋白在重组大肠杆菌细胞中的动态表达水平。结果显示,14-3-3b可溶性蛋白与包涵体蛋白有明显不同的拉曼光谱特征峰,反映出两者在主链和侧链构象上的差异性;在28℃时,包涵体蛋白特征峰900,1033,1328,1415和1446cm-1强度随着诱导时间延长而增加的幅度,明显大于可溶性蛋白的特征峰763,1002,1363,1451和1665cm-1的增加幅度,16℃时诱导表达结果正好相反,可溶性蛋白的特征峰增强幅度显著大于包涵体蛋白,说明28℃诱导培养条件下,重组菌蛋白质过量表达以形成包涵体为主,16℃较低温度条件下以形成可溶性蛋白为主,正确折叠蛋白增加的信息可以通过光谱变化反映出来,在该温度下,蛋白质的正确折叠有利于细胞形成稳定的可溶性蛋白;另外,重组菌在相对低温条件下更多地表达含胱氨酸的非重组蛋白,可能与蛋白质折叠相关。LTRS技术可以在单个细胞水平上对大肠杆菌细胞过量表达可溶性蛋白和包涵体蛋白过程进行无损害、无标记的实时分析。     

几种人工合成色素的荧光光谱与拉曼光谱研究

应用荧光光谱仪及微拉曼光谱仪分别对几种常见人工合成色素溶液的荧光光谱和拉曼光谱进行了实验研究。一方面,首次测量其不同浓度合成色素溶液的荧光光谱,讨论其谱线特性。另一方面,以有致癌性的合成色素苋菜红为例,应用拉曼光谱技术进行定性和定量检测,验证拉曼光谱对色素检测的可行性。为了提高探测灵敏度,以55 nm的金纳米粒子溶胶为基底,在785 nm激发光下对不同浓度的苋菜红溶液进行了表面增强拉曼光谱探测,探测到的最低浓度为10~(-17)mol/L。分析结果为这种色素的合理利用及安全快速检测提供了有效的光谱实验依据,也为其它色素的检测提供了参考方法。     

几种人工合成色素的荧光光谱与拉曼光谱研究

应用荧光光谱仪及微拉曼光谱仪分别对几种常见的人工合成色素溶液的荧光光谱和拉曼光谱进行了实验研究。一方面,首次测量其不同浓度合成色素溶液的荧光光谱,讨论其谱线特性。另一方面,以有致癌性的合成色素苋菜红为例,应用拉曼光谱技术进行定性和定量检测,验证拉曼光谱对色素检测的可行性。为了提高探测灵敏度,以55nm的金纳米粒子溶胶为基底,在785nm激发光下对不同浓度的苋菜红溶液进行了表面增强拉曼光谱探测,探测到的最低浓度为10-17mol/L。分析结果为这种色素的合理利用及安全快速检测提供了有效的光谱实验依据,也为其它色素的检测提供了参考方法。     

基于激光拉曼光谱的氯苯低浓度探测

采用激光拉曼光谱技术对氯苯的25种不同浓度的CCl4溶液进行了分析。研究结果表明,在253~0.44g/L范围内,氯苯及CCl4振动拉曼光谱强度比与氯苯浓度呈线性关系,利用最小二乘法拟合得到线性相关系数为0.995。激光拉曼光谱技术具有快速、无损、样品无需预处理等优点。该研究为有机分子的低浓度测量及定量分析提供了一种可行的光谱测量方法。     

枯草芽孢杆菌萌发后孢子响应甲醛胁迫过程的拉曼光谱研究

为了探究枯草芽孢杆菌萌发后孢子响应甲醛胁迫过程的生理反应及其耐受甲醛机理,利用激光光镊拉曼光谱(LTRS)系统研究不同浓度甲醛胁迫萌发后孢子2 h的响应过程。结果显示,营养细胞和萌发后孢子对甲醛都具有耐受能力,但萌发后孢子对不同浓度甲醛胁迫产生的生理响应效应不同;当萌发后孢子在不含甲醛的培养基中生长时,与生物大分子相应的特征峰强度增加先经历0~0.5 h的延缓期,接着1.5~2.0 h是一个快速上升的过程;当分别用0.4,0.8和1.0 mmol/L甲醛胁迫萌发后孢子时,相应特征峰强度都有一个先上升后下降的过程,峰强下降的时间拐点分别是1.5,1.0和0.5 h。光谱分析结果表明,0.4 mmol/L甲醛的胁迫会对细胞造成轻度伤害;0.8 mmol/L甲醛胁迫会抑制孢子DNA的复制,造成膜脂碳氢链断裂;1.0 mmol/L甲醛胁迫时,细胞在0.5 h内对甲醛产生了剧烈的胁迫响应,导致生物大分子含量在0.5~2.0 h内严重下降,细胞受到严重伤害。     

基于密集连接网络模型的致病菌拉曼光谱分类

细菌拉曼光谱信号弱、相似度高且易被噪声干扰,使用传统机器学习方法对其分类时必须进行繁杂的光谱预处理,效率低下。为提高细菌拉曼光谱分类的准确率和效率,提出了一种基于密集连接的一维卷积神经网络模型Ramannet,无需额外的光谱预处理就能有效完成光谱分类。实验结果表明,Raman-net对Bacteria-ID公开数据集中30种细菌低信噪比拉曼光谱的分类准确率为84.26%,显著高于传统机器学习方法及对比方法。对于碳青霉烯类抗生素敏感和耐药的2种肺炎克雷伯菌表面增强拉曼光谱,Raman-net取得了99.16%的分类准确率。这表明对于细菌的普通拉曼光谱和表面增强拉曼光谱,Raman-net无需光谱预处理就能取得较好的分类效果,为致病菌的拉曼光谱鉴定提供了一种快速有效的方法。     

面向微藻单细胞检测的小型共焦拉曼系统研制

海洋微藻研究对海洋环境监测以及生物资源利用有着重要意义,显微共焦拉曼光谱作为一种非标记、 快速检测技术已在生命领域获得广泛应用。现阶段,商业化显微共焦拉曼仪器在微生物研究领域占据主导, 但由于体积庞大、工作环境要求严格等因素,很难开展微藻细胞的现场检测与分析。因此,将微型 光纤光谱仪引入微藻``单细胞'的检测,自主研发了一套小型显微共焦拉曼系统,尝试低成本开发微 生物分析设备。整个系统基于微型光纤光谱仪实现了硬件的一体化小型设计(L750 mm×W350 mm×H410 mm), 具备光谱探测、显微成像、光镊捕获功能。通过四种典型微藻(中肋骨条藻、微拟球藻、东海原甲藻及小藻)的检测验证, 成功识别了``单个活体细胞'内的蛋白质、脂类、糖原、核酸等多种细胞组分,相应的结果经过主成分分析 (Principal component analysis, PCA)后,很好地实现了四种微藻的种类归属,证明了光纤光谱仪应用于单细胞量级 海洋微生物分析的可行性,并有望在将来发展成为船基设备,用于微藻的甲板在线检测。     

针尖增强拉曼光谱术原理与系统设计关键

最近10年,针尖增强拉曼光谱技术(TERS)以其极高的空间分辨率和探测灵敏度受到了人们的重视。针尖增强拉曼光谱技术为纳米科学与生命科学等学科的研究提供了强有力的工具,使得纳米尺度光谱学研究成为现实。简述了针尖增强拉曼光谱技术的基本原理,着重讨论了针尖增强拉曼光谱系统的结构、设计方法和评价指标。介绍了针尖增强拉曼光谱技术的最新应用和研究进展,并对目前面对的前沿问题和今后的发展方向进行了分析。     

自然环境下拉曼光谱遥测技术及其应用进展

拉曼光谱遥测技术主要用于在安全距离之下对一些危险品、违禁品、变质食品等进行现场快速检测。早期拉曼光谱遥测技术大多采用可见光或近红外激光拉曼光谱技术,为了避免环境光影响,常在实验室或夜间进行。近年来,因日盲紫外激光的拉曼光谱检测具有共振效应强、不受环境光干扰、人眼相对安全等诸多特性逐渐开始被广泛应用。本文在分析自然环境下远程拉曼光谱遥测技术基础原理上,归纳了国内外可见光或近红外激光拉曼光谱遥测技术和国内外紫外激光拉曼光谱遥测技术的研究进展和现状,分析了远程紫外激光拉曼光谱应用在反恐、禁毒和食品安全等领域的优势,最后总结了自然环境下拉曼光谱遥测技术的研究难点和发展趋势。     

拉曼光谱在红宝石检测中的应用研究

本文采用显微共焦拉曼光谱仪(785nm)对典型的天然、处理、合成红宝石,以及一些相似红宝石进行了测定.经分析,可知刚玉族宝石的特征拉曼位移在378,417,430,447,576,645和750cm-1附近,其中417cm-1显示最强的光谱特征.一些矿物包体可根据其特征拉曼位移而被检测出,如方解石在1085cm-1附近,这样对天然红宝石的鉴定和产地分析具有一定的参考意义.对于铅玻璃充填的红宝石,在1353cm-1附近具有一强且宽的拉曼峰,通过XRF的定量分析可测得高含量的铅;另外,发现红宝石中被充填了有机胶,拉曼位移在2331,2874和3285cm-1附近.一些合成红宝石的拉曼光谱中可能存在一强且对称的荧光背景,这可能与合成过程中添加了含有过渡族或稀土离子的助熔剂有关.相似的红色宝石具有与红宝石明显不同的拉曼光谱特征,较易鉴别.     

柔性表面增强拉曼光谱芯片制备

柔性表面增强拉曼光谱(SERS)基底具有灵活形变的特点,适合不规则曲面的原位检测,甚至可以直接进行擦拭取样的检测。对不同反射率的衬底进行仿真分析和实验测试,可以看到衬底的反射率对拉曼信号的收集有极大的影响。在波长为532 nm的光激发铝箔具有高反射率,因此选择铝箔作为衬底,采用银溶胶滴铸法制备柔性SERS芯片。实验通过控制溶剂成分,利用表面张力梯度引起向内马兰哥尼(Marangoni)流动以抑制咖啡环的产生,可以改善纳米粒子的分布均匀性。拉曼测试结果表明,SERS芯片的增强因子高达1.32×10⁸,对R6G溶液的检测限低至1×10^-11mol,同时芯片表现出良好的信号均匀性。     

Hgl-xCdxTe的拉曼光谱

我们发观Hg1-xCdxTe的拉曼散射峰随着温度的变化会发生频移,它的二级散射峰来自L01+LO1,LOl+LO2,L02+LO2,并且它们的强度对晶体的完整性较敏感.同时也发现Hgl-xCdxTe中的Te的沉淀相和Te的氧化物相的拉曼散射峰.     

SiC纳米棒光学声子的喇曼光谱

报道了用光谱的手段研究SiC纳米棒(NR)的结果.对于在实验中观察到LO模的大幅度红移及新出现的喇曼峰,认为在类似SiCNR的存在大量缺陷的极性纳米材料中,结构缺陷对材料特性的影响比量子限制效应更为重要.理论计算证实了这一点,并解释了实验观察到的异常现象.     

SiC纳米棒光学声子的喇曼光谱

报道了用光谱的手段研究 Si C纳米棒 (NR)的结果 .对于在实验中观察到 L O模的大幅度红移及新出现的喇曼峰 ,认为在类似 Si C NR的存在大量缺陷的极性纳米材料中 ,结构缺陷对材料特性的影响比量子限制效应更为重要 .理论计算证实了这一点 ,并解释了实验观察到的异常现象     

人体组织拉曼光谱研究进展

介绍了拉曼光谱测量技术在人体皮肤、血液、乳腺、胃、肺等组织疾病诊断中的研究概况,同时介绍了拉曼测量新技术的发展概况,展望了它的发展前景.