拉曼光谱技术在医学检验领域中的研究进展(特邀)

拉曼光谱技术以光子的非弹性散射为基础,具有实时、非侵入、快速等优点,作为一种分析工具被广泛应用于各个研究领域。在医学检验领域中,拉曼光谱不仅可以提供细胞和组织的化学成分信息,还能检测发生病变的细胞和组织在生化信息的组成和结构上的差异,在医学检验领域极具应用前景。概述了目前可能应用于医学检验的几种拉曼技术;阐述了拉曼光谱技术应用于生物液体样本和其他样本的一些关键问题。针对生物液体样本,重点评估了血液、尿液和脑脊液等流体样本的适用情况;总结了用于拉曼检测的医学样本的收集和保存方法。同时,介绍了拉曼光谱数据的处理与分析方法,通过光谱的预处理,结合统计学方法、机器学习方法进行特征提取与分类识别,实现拉曼光谱和生化信息的映射。对拉曼光谱应用于医学检验的关键问题进行讨论,探讨了临床转化需要克服的问题及发展前景。     

近五年拉曼光谱技术在宫颈癌中的研究进展

宫颈癌是女性发病率第四位的癌症,如果能早期诊断宫颈癌和宫颈上皮内瘤变可大大提高生存率。现有的诊断技术存在假阳性率高、特异度低、灵敏度低、耗时、价格高等问题。拉曼光谱技术是一种可靠的新兴的技术, 它可分析物质的分子结构,还可以分析人体组织的化学成分。在医学研究方面,拉曼成像已成功应用于鼻咽、胃肠、肺、食管、肾、脑癌等。综述总结了近五年拉曼光谱技术在宫颈癌中的关键研究。拉曼技术对宫颈癌的研究已有几十年的历史,近五年的研究在诊断宫颈癌的同时,更深入地研究了炎症因素对诊断的影响、宫颈鳞癌腺癌的区分等。本综述从体内组织学、体外组织学、细胞学以及血液方面分类总结了近五年的文献,还汇总了文章中出现的数据处理方法、激发光波长、拉曼波数及其代表物质。现有文献证明,拉曼光谱对宫颈癌的诊断特异性及准确度均可达到90%以上,不亚于传统HE染色,并且相较于HE染色,拉曼技术拥有免染色、免固定、专业人员需求量少、快速等优点,对于宫颈癌的诊断提供了另一种可行性。然而,拉曼光谱在应用于临床之前,还需要更多的研究及证据来充分论证拉曼光谱在宫颈癌诊断中的作用,我们也期待着能有更多样本数据,更多研究思路的出现。     

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。     

拉曼光谱在墨迹鉴定中的应用研究进展

拉曼光谱因其微量、无损、高效等优点被广泛应用于法庭科学领域尤其是墨迹分析鉴定中,文章总结了常用的拉曼光谱技术及其在圆珠笔、钢笔、签字笔、激光打印机、喷墨打印机等的墨迹鉴定中的应用,提出建立标准的墨迹拉曼谱图数据库、探索与其他仪器技术联用以及与化学计量学等分析方法的结合将是拉曼光谱技术应用于墨迹鉴定中的发展趋势。     

拉曼光谱技术的应用及研究进展

本文简述了拉曼光谱产生的机理以及与红外光谱的区别,讨论了拉曼光谱在聚合物、生物分子、蛋白质和无机物等方面研究及应用,介绍了傅立叶变换拉曼、共焦显微拉曼、表面增强激光拉曼、固体光声拉曼光谱的原理及其应用以及拉曼光谱和其他检测手段的联用技术。     

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。     

拉曼光谱及其在现代科技中的应用

 认识拉曼光谱1928年印度实验物理学家拉曼发现了光的一种类似于康普顿效应的光散射效应,称为拉曼效应。简单地说就是光通过介质时由于入射光与分子运动之间相互作用而引起的光频率改变。拉曼因此获得1930年的诺贝尔物理学奖,成为第一个获得这一奖项并且没有接受过西方教育的亚洲人。拉曼散射遵守如下规律:散射光中在每条原始入射谱线(频率为ν0)两侧对称地伴有频率为ν0+νi(i=1,2,3,…)的谱线,长波一侧的谱线称红伴线或斯托克斯线,短波一侧的谱线称紫伴线或反斯托克斯线;频率差νi与入射光频率ν0无关,由散射物质的性质决定,每种散射物质都有自己特定的频率差,其中有些与介质的红外吸收频率相一致。     

拉曼光谱技术在核燃料分析中的应用研究进展

对辐照前后核燃料的物理化学性质进行分析表征是实现核动力反应堆内燃料性能可靠预测的基础之一。拉曼光谱技术可以通过分析分子振动、转动方面的信息获知物质的分子形态及物相结构变化,因其具有微量、无损、原位、高效等优点的定性定量分析能力,被广泛应用于核燃料的表征中。本文简要概述了拉曼光谱技术的基本原理,从腐蚀分析、辐照损伤分析、温度监测及高放射性样品封装等4个方面介绍了近十几年来拉曼光谱技术在核燃料分析领域的应用现状及研究进展,指出了该技术目前存在的一些局限性,并针对核燃料分析,从联用技术、数据库建立等方面对未来拉曼光谱技术的研究与应用方向进行了展望。     

光导纤维拉曼光谱技术及其在化学中的应用

本文综述了光导纤维拉曼光谱法的研究近况,主要介绍其实验技术及其应用于化学中常规拉曼光谱、表面增强拉曼光谱和近红外富里叶变换拉曼光谱等领域的工作,讨论了该领域存在问题和应用前景.     

拉曼光谱在考古中的应用

拉曼光谱分析是一种无损快速分析技术,随着显微拉曼光谱仪的不断改进和FT—显微拉曼光谱仪的使用,它已经用于珍贵艺术品、手稿、颜料、古陶瓷和壁画等领域的考古和鉴定研究。本文对这些应用进行了简单概述。     

应用血红蛋白的拉曼光谱进行食管癌诊断的研究

早期诊断对食管癌患者的治疗具有重要意义。通过对21例食管癌患者和20例健康人的血红蛋白溶液进行拉曼光谱的检测和研究,发现食管癌患者与健康人血红蛋白的拉曼光谱有较明显的区别。与健康人相比,食管癌患者血红蛋白中处于低自旋态的铁离子增多,而处于高自旋态的铁离子减少,说明癌变导致食管癌患者血红蛋白中部分处于高自旋态的铁离子转移到了低自旋态,这与癌症患者血样较易溶血的现象相吻合。采用主成分分析(PCA)方法,对所得拉曼光谱建立多元统计模型进行计算,得到的光谱峰值的PCA得分三维散点图可以良好的区分食管癌患者与健康人。利用判别分析方法得出该算法诊断食管癌的灵敏度和特异性分别为90.5%和95%,总判别正确率为92.7%。结果表明,对血红蛋白的拉曼光谱进行检测和分析有可能成为食管癌早期诊断的有效工具之一。     

基于单细胞拉曼技术鉴定非结核分枝杆菌的方法研究

非结核分枝杆菌（NTM）是除结核分枝杆菌复合群（MTC）和麻风分支杆菌以外的分枝杆菌总称。近年来NTM导致人类感染的发病率不断上升,其感染的临床症状与MTC感染极为相似,但两者治疗方案却存在差异,临床亟须快速、准确的鉴定方法用于诊断NTM感染。单细胞拉曼光谱技术（SCRS）具有非标记、免培养、快速、准确、低成本等优势。据此,我们提出了一种基于显微共聚焦单细胞拉曼光谱技术鉴定NTM的方法。通过对临床常见的六种NTM（脓肿分枝杆菌、戈登分枝杆菌、偶发分枝杆菌、土分枝杆菌、鸟分枝杆菌以及堪萨斯分枝杆菌）的拉曼光谱进行处理比较,并结合峰位注释进行分析。采用无监督低维可视化的t-分布式随机邻域嵌入方法展示六种NTM的拉曼数据结构,证明其数据在低维空间上的可分性后,比较分类中常用的六种分类器[支持向量机分析(SVM)、K最近邻分类算法(KNN)、偏最小二乘判别分析(PLS-DA)、随机森林(RF)、线性判别分析(LDA)、XG Boost]的效果。SVM和LDA在NTM分类中效果最好,分别达到了99.4%和98.8%的测试准确率;SVM仅对于堪萨斯分枝杆菌（97.96%,48/49）的分类准确性略低,其余均为100%;LDA对于脓肿分枝杆菌（95.65%,22/23）和戈登分枝杆菌（96.30%,26/27）,其余也均为100%。因此,单细胞拉曼检测结合SVM分类器为NTM快速准确鉴定提供了富有潜力的新工具。     

表面增强拉曼光谱在反恐中的应用

表面增强拉曼光谱(SERS)技术以对样本检测快速、灵敏、无破坏性等众多优点,在分析生化样本成分方面有着非常重要而广泛的应用。因此,SERS技术在反恐军事领域必将发挥重要的应用。本文重点对SERS技术在生物化学战和应对恐怖袭击中的重要应用进行了详尽地分析讨论,并对其发展趋势作了展望。     

云南祖母绿中包裹体的拉曼测量

拉曼光谱是迅速发展起来的物理谱学分析技术,它是对物质结构的分子特征的测量,不同物种由于分子基团不同,结构不同,其拉曼谱特征不同。据此可以获取有用信息,达到测量、鉴定的目的。拉曼光谱仪的应用特点是适用于任意形状的样品：无损、快速、准确;用共焦显微拉曼不仅可以进行微区原位分析,还可以对样品表面下的微小包体测量。本文报道了对云南祖母绿中包体的测量,结果表明包裹体是锐钛矿型的ＴｉＯ２,而不是以往通过化学成份、晶体形态分析所认为的金红石。     

Using Raman Spectroscopy for Determination Methanol Quantity in Illegal Alcoholic Beverages

Illegal production of alcoholic beverages is a common problem in most countries.The consumption of these counterfeit alcoholic products in Turkey has increasingly been one of the major health concerns.In this study,a comparison between GC-MS and Raman spectroscopy techniques was made to determine the amount of methanol in BogmaRaki which is a counterfeit alcoholic beverage produced and consumed in Hatay region. Different ratios of methanol/ethanol concentrations were prepared to obtain a calibration curve.This curve was used to measure the amount of methanol in the actual product samples using both GC-MS and Raman spectros-copy techniques.Results obtained from both techniques were compared using Paired sample t-tests.The Limit of Detection and the Limit of Quantification values were determined as 0.03 (%v/v)and 0.11 (%v/v),re-spectively.Both techniques demonstrated a similar sensitivity in the determination of methanol concentration in these counterfeit products (p>0.05).Raman Spectroscopy,however,has an advantage of being easy to use, inexpensive,rapid and non-destructive analytical technique with little or no sample preparation.     

拉曼光谱在植物科学研究领域中的应用

拉曼光谱技术具有快速、灵敏、非破坏性等显著特点, 在植物科学研究领域得到广泛的应用。本文分析了拉曼光谱技术在植物科学研究领域应用的技术优势, 并重点总结和分析了该技术在植物生理生态学、植物遗传发育、植物化学分类学、植物天然产物分析以及植物产品的质量控制中的应用研究进展及前景。     

针尖增强拉曼光谱:技术、应用和发展

本文从提高表面拉曼光谱检测灵敏度和空间分辨率两个方面的发展叙述了针尖增强拉曼光谱的原理、方法、特点及最新进展。利用单晶电极上单分子层吸附物种的TERS研究和单壁碳纳米管的TERS成像例证了TERS所具有的高检测灵敏度和高空间分辨率。介绍了TERS理论的最新研究进展,并对TERS的应用前景做了预测。     

家蚕微粒子虫表面增强拉曼光谱研究

本文报导并分析了家蚕微粒子虫(Nosema bombycis Naegeli,缩写为NbN)孢子在PH4.0条件下的表面增强拉曼光谱(SERS),在常规的实验条件下未得到NbN的一般拉曼谱,同时也未获得其它PH条件下的表面增强拉曼谱。对获得的NbN的SERS分析表明:NbN孢子通过S原子,COO~-和NH_2基团被吸附到银胶表面上,Tyr、Trp残基侧链靠近银表面,以Tyr残基侧链的振动增强效应最显著。当NbN孢子吸附在银胶表面时,NbN孢子中的C—C—S—S—C—C链为扭曲—扭曲—反式结构。