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。     

激光光镊拉曼光谱仪信噪比测量研究

通过对激光光镊拉曼光谱仪系统信噪比测量分析研究表明：在一定条件下,平均背景噪声随冷却温度降低而缓慢减小,在激发波长不变时对应的信噪比逐渐增加;曝光时间的延长使系统信噪比以不同比例线性增加;激光输入功率和系统信噪比成正比．这为单细胞拉曼光谱测量与分析提供了有力的实验依据．     

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。     

光镊技术在气溶胶物理化学表征中的应用

有机气溶胶的热/动力学研究是多学科交叉的前沿研究领域,其核心问题主要是非理想混合包括挥发性、液-液相分离、非平衡传质动力学等,精确测量这些过程相关理化参数是目前研究的瓶颈。光镊系统可以悬浮气溶胶单颗粒,获得高信噪比受激拉曼光谱,在研究气溶胶物理化学性质与其大气效应中具有独到优势。被广泛用于有机及其与无机混合体系气溶胶的吸湿性、挥发性、水传质动力学、液-液相分离过程研究中。本文综述了激光悬浮气溶胶单颗粒技术的研究进展,主要包括光镊技术的原理和技术手段,以及在气溶胶关键物理化学参数测量中的应用。通过光镊系统,一方面可以获得重要理化参数的精确结果,另一方面可以对实际环境中悬浮液滴的状态进行模拟测量,从而为大气科学的研究与污染治理提供重要支撑。     

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。     

外周血中单个网织红细胞与小淋巴细胞的拉曼光谱

为了在外周血中准确区分大小相近的网织红细胞和小淋巴细胞,采用光镊与拉曼光谱结合的单细胞技术.研究发现大鼠血液中单个网织红细胞和小淋巴细胞的光谱形态相差很大,主要体现在以下位置:1212,1548,1607,1616,1001,1661 cm-1(以上与蛋白质相关),1584 cm-1(与核酸相关).通过分析部分特征峰.证明小淋巴细胞相对于网织红细胞而言,所含有的核酸含量高,蛋白质含量少.通过主成分分析和判别分析两种统计方法进行分析,均可完全区分这两种细胞.通过上述分析,得到厂一种光谱学上快速、准确地区分外周血中网织红细胞和小淋巴细胞的方法,同时也为在现代生物医学研究血细胞提供一种识别依据和手段.     

单个血小板的拉曼光谱分析

利用波长为785 nm的激光束构建光镊拉曼光谱系统,俘获悬浮在生理盐水中的人和三种动物(家猪、大鼠、家兔)的单个血小板,激发并收集其拉曼光谱。单个血小板的平均拉曼光谱信号清楚地反映了血小板的生化组成特点,人血小板的拉曼光谱与三种动物的明显不同,1 524 cm-1是人类血小板所特有的拉曼信号峰,而1 157 cm-1在人类中显著高于三种动物的,人类血小板的平均I_{1 157}/ I_{1 003}为0.795,而家猪、大鼠、家兔的分别为0.532,0.502,0.485。多元统计分析结果显示,不同物种血小板的拉曼信号落入不同的空间,可以判别区分。上述结果表明,单个血小板的拉曼光谱基本反映了血小板的主要组成成分,结合多元统计分析可以用于辨别不同的物种的血小板,光镊拉曼光谱系统是实时研究细胞生理、生化变化的快速简便而有效的工具。     

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...     

非正常形态红细胞对拉曼光谱判别的影响

血红细胞对环境敏感,细胞形态很容易发生改变,皱缩甚至形成棘形。文章应用光镊拉曼光谱技术俘获、收集来自健康个体和地中海贫血患者的正常形态、一般皱缩和棘形红细胞的拉曼光谱,从平均光谱、主成分分析等方法分析不同形态红细胞的光谱差异与胞内Hb的变化,及其对光谱诊断分析的影响。结果发现,在正常的生理环境下,红细胞发生皱缩甚至形成棘形细胞并不影响光谱判别分析。     

喇曼光谱法测定单个大米淀粉微粒糊化过程的实时研究

在特定加温模式和过量水分条件下,采用激光光镊喇曼光谱系统研究了单个大米淀粉微粒的糊化行为,获得了整个糊化过程的喇曼光谱.以光谱峰高的变化标记糊化过程,进一步验证了477 cm-1峰归属为淀粉分子骨架振动的事实.通过分析C-O-H基团相关特征峰1 052、1 083、1 127、1 339 cm-1的变化情况研究大米淀粉颗粒糊化过程中的速率问题.结果显示:糊化开始后,相关特征峰在过程中呈增强趋势,随着时间增加,温度升高,速率加快,直至糊化结束.     

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。     

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。     

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.     

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。     

基于拉曼光谱的硝酸甘油对活体血液作用的实时分析

利用拉曼光谱对注射硝酸甘油后的活体裸鼠体内动脉血液进行实时连续无损的分析,每隔10s获取一个动脉血管内血液的拉曼光谱,光谱分析表明,活体血液的拉曼光谱主要体现在以下几个位置:1548,1618,1654cm-1(与蛋白质相关)和1125cm-1(与血糖相关)。通过分析部分特征峰发现注射硝酸甘油后在280~730s内光谱强度下降,表明体内血液浓度变稀,这可能是由于血管扩张引起的。峰强度在注射硝酸甘油前后的变化为:1548cm-1峰强度从1965.42降到1273.61,下降了35.2%,1125cm-1峰强度从411.59降到223.79,下降了46.63%,说明血液中蛋白质、血糖的含量有不同程度的减少,即裸鼠体内血液中的血红蛋白质发生变性、血糖含量明显降低。拉曼光谱活体实时分析技术为研究硝酸甘油代谢机理提供了新的技术和方法。     

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.     

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.     

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。