雾霾对基于弹光调制检测系统的影响

近几年我国的雾霾日趋严重，不但对人的健康造成危害、对空中交通造成安全隐患，同时也对很多应用于户外的光学设备造成了影响。为了定量分析不同雾霾等级对基于弹光调制痕量气体浓度检测系统性能的影响，设计了一种测试系统，定量比较了在同一系统中不同PM2.5浓度条件下对等量VOC气体浓度反演的影响。实验中实地采集不同PM2.5浓度的样气，再分别与标准待测气体混合，最终通过对透射光光谱变化和待测气体浓度反演数据的比较，定量分析PM2.5浓度对系统的影响。实验中选用甲醛和苯作为待测气体，分别配制了六种浓度的待测气体，对6个雾霾浓度等级（No.1-No.6）分别进行了测试。实验结果显示，当PM2.5浓度增大时，系统光能吸收率降低。当PM2.5浓度等级小于No.3时，衰减变化相对缓慢，而大于No.3后衰减效果明显增强。当PM2.5浓度小于150 μg·m-3时，测试精度优于90%；当PM2.5浓度超过150 μg·m-3时，对VOC浓度反演的影响变强，当达到350 μg·m-3时，测试误差将近30%。由此可见，PM2.5浓度对弹光调制系统的气体浓度检测具有显著影响。     

相敏检测调制深度对受激拉曼信号强度及信噪比影响研究

受激拉曼散射是相干拉曼散射中的一种，其产生的信号在三阶非线性效应下得到了显著地增强，且没有非共振背景的干扰，光谱与自发拉曼光谱几乎完全一致。因此，基于受激拉曼散射的显微成像技术具有无标记、高特异性、非侵入等优点，已成功运用在生物细胞成像中并取得了许多重大的成就。受激拉曼信号与激发光的波长相同，易受到激发光背景噪声的干扰，为解决该难题，常采用光学调制与相敏检测相结合的方法对其进行检测。检测过程中，调制深度对受激拉曼信号强度和信噪比有重要影响。针对此，基于相关理论深入分析了调制深度对受激拉曼信号强度及信噪比的影响。同时考虑到在生物光谱成像等应用中，细胞光损伤阈值对两束激发光功率之和的限制，分析了不同调制深度下，获取最大信号强度及最佳信噪比的激发光功率配置方法。通过搭建受激拉曼实验系统，以二甲基亚砜为研究对象，进行实验验证。研究结果表明，在光损伤阈值的限制条件下进行受激拉曼损耗检测时，同一调制深度下，当泵浦光与斯托克斯光光功率比为1:1时信号强度达到最强，比值为1∶2时信号的信噪比达到最佳。在泵浦光与斯托克斯光光功率比相同的条件下，受激拉曼信号强度和信噪比均随调制深度的降低而降低且近似呈线性...     

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。     

柴油机PM在NTP作用下碳结构演变的拉曼光谱分析

利用激光拉曼光谱对采集的柴油机四种工况下原机与低温等离子体(NTP)处理后的微粒(PM)样品进行定性。依据五带模型对PM样品的拉曼光谱进行分峰拟合,考察了D1 FWHM和D3相对强度R3的变化规律。研究发现,原机PM石墨结构有序性随柴油机负荷的增加而增强,化学异相性减弱;NTP作用后,PM中石墨结构有序性及化学异相性较为稳定,受发动机工况影响较弱,同时样品中碳团簇含量增加。利用化学动力学实验进一步研究PM碳结构演变和化学活性变化之间的关系,有望使拉曼光谱技术成为柴油机PM快速定性的重要手段,为PM的高效脱除提供依据。     

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...     

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。     

基于拉曼光谱方法研究不同剪切力下的红细胞亚损伤

利用共聚焦拉曼光谱技术,对人工心脏泵不同剪切应力下受到亚损伤的红细胞进行实验研究,验证拉曼光谱对红细胞亚损伤程度的评估能力,为血液损伤评价提供了一种新的思路。实验采集血红蛋白和红细胞的拉曼光谱标准谱图并进行对比分析,以确定红细胞谱图特征峰的归属。用血液剪切力试验平台对测试血样施加暴露时间为1 s,大小分别为0,50,100,150,200,250和300 pa的剪切力。利用共聚焦拉曼仪器,在10倍长焦物镜,532 nm激光光源波长,积分时间10 s,积分次数2次,2.5 mW功率下采集剪切应力作用后的红细胞拉曼谱图。通过归一化的方法对比红细胞的拉曼谱图变化,评估红细胞亚损伤的程度,运用曲线拟合方法对特征峰和剪切应力进行拟合,验证拉曼光谱对红细胞亚损伤的评估能力。对比血红蛋白和红细胞的拉曼光谱标准谱图发现,红细胞谱图能够反映血红蛋白的内部结构。且结果表明,拉曼光谱法可以用于区分不同剪切应力下亚损伤的红细胞,推断剪切应力可以透过细胞膜从而影响到其内部的血红蛋白结构。且随着剪切力的增大,1 376 cm-1位置左侧谱线呈现明显抬高趋势,1 549和1 604 cm-1位置的峰强增高,1 639 cm-1位置的氧浓度标记带ν₁₀振动谱带减弱。其中1 549 cm-1位置的峰强为亚铁离子高自旋带,在不同剪切力的作用下,峰强差异表现最明显,与剪切应力呈明显的正向线性关系,拟合效果良好。拉曼光谱法检测样本处理简单、耗时短、操作简便、重现性好,且可以精确的检测到细胞内部结构的细微变化,可以评估红细胞的亚损伤程度,弥补了传统评价溶血的方法的不足,为人工心脏泵血液损伤评价提供了新的技术手段,拓宽了拉曼检测方法的应用领域。     

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。     

结合微液滴技术与SERS光谱的单细胞分析方法

单细胞分析是目前一直备受关注的领域,通过对细胞群体中分离出来的个体细胞的研究来解释细胞的生理过程。单细胞的SERS检测也是近些年被关注的新领域,SERS检测单细胞的方法有几种,其中包括封片固定含有SERS底物的死细胞~([1])以及单个活细胞的SERS检测~([2])等。由于微流控技术具有高度集成、生成液滴的体积、速率可控等优势已经被应用于化学,生物学和纳米技术等的分析检测中~([3])。本研究结合微液滴技术与表面增强拉曼光谱,建立了原位检测单个细胞的方法,用于检测单个细胞表面的唾液酸(SA)。将Ag-MPBA纳米生物探针与细胞表面的唾液酸(SA))结合,通过细胞结合探针个数以及光谱的SERS信号强度,识别正常细胞系与癌细胞系以及同种细胞系的单个活细胞表面的唾液酸(SA)含量的差异。     

乳腺癌细胞及其外泌体的拉曼表型快速鉴定与关系研究

外泌体(Exosome)是直径大小为30～150 nm的膜性囊泡,包裹DNA/RNA, miRNA,蛋白质和脂质等多种物质并参与微环境中的生物信息传递,是理想的癌症生物标志物,在液体活检领域具有重要的应用潜力,有望成为癌症快速检测的手段之一。表面增强拉曼光谱(SERS)是分子振动光谱,可从分子水平上探测物质的精细结构和信息变化,具有“指纹图谱”的特征。采用差速离心结合超速离心的方法获得乳腺癌细胞来源的外泌体,以金溶胶为增强基底,收集外泌体及其母细胞的SERS图谱,结合多元统计分析,进行乳腺癌细胞的快速鉴别与区分。研究结果表明,乳腺癌细胞及其外泌体在500～1 600 cm^-1波段范围内有特征拉曼信号,采用非标记检测所获得的图谱信息是样品“whole-organism fingerprint”整体信号的呈现。根据外泌体的拉曼表型并结合OPLS-DA分析,能够100%分辨3种不同类型的乳腺癌细胞。单细胞SERS检测联合PCA-LDA分析,区分乳腺癌细胞的准确率为83.7%。通过比较乳腺癌细胞及其外泌体的拉曼特征图谱发现,二者在拉曼谱图的波数高度表现一致,但是外泌体在特...     

和厚朴酚对非小细胞肺癌细胞的辐射增敏效应

研究了和厚朴酚（HNK）对非小细胞肺癌（NSCLC）细胞系A549和H1299对低线性能量转移（LET） X射线和高LET碳离子的辐射增敏效应。首先用CCK-8检测了HNK对A549和H1299细胞的生长抑制情况,发现20 μmol/L的HNK处理对细胞的生长抑制作用较弱。用该浓度HNK预处理细胞2 h后给予不同剂量X射线或碳离子的照射,克隆存活法检测细胞的辐射敏感性,Annexin-PI双染法检测细胞凋亡,γH2AX焦点法检测DNA的双链断裂（DSB）损伤。实验结果显示:与X射线相比,NSCLC细胞对碳离子更敏感,HNK预处理仅对碳离子照射有辐射增敏作用;与碳离子单独照射相比,HNK预处理联合碳离子照射诱导了更明显的细胞凋亡;在照射后24 h,HNK预处理联合碳离子照射引起的细胞γH2AX焦点阳性率维持在较高水平,而X射线照射没有这些效应。实验结果表明,HNK预处理抑制了NSCLC细胞DNA的DSB修复,诱导了细胞凋亡的发生,从而提高了细胞对碳离子的辐射敏感性。The radiosensitizing effect of Honokiol (HNK) on non-small cell lung carcinoma (NSCLC) cell lines A549 and H1299 to low-linear energy transfer (LET) X-rays and high-LET carbon ions was investigated in this study. First, the inhibitory effects of HNK on the growth of A549 and H1299 cells were detected by CCK-8 assay, and 20 μmol/L HNK treatment was found to induce a growth inhibitory effect slightly in these two cell lines. Cells were pre-treated with HNK and then irradiated with X-rays and carbon ions of different doses. Cellular radiosensitivity, apoptosis and DNA damage were analyzed by clonogenic survival, Annexin-PI staining and γH2AX foci, respectively. The results showed the cells were more sensitive to carbon ion irradiation compared to X-rays and the radiosensitization of HNK was only observed after carbon ion irradiation. Furthermore, the co-treatment led to higher apoptosis rate 48 h after irradiation and increased the positive rate of γH2AX foci 24 h after irradiation in A549 and H1299 cells compared with those in the groups treated with carbon ion irradiation alone. These phenomena were not observed after X-ray irradiation. Our data suggest that the pre-treatment with HNK inhibited DNA DSB repair, induced apoptosis and then enhanced the cellular radiosensitivity to carbon ions in NSCLC cells.     

Identification of aerosol particle sources in semi‐rural area of Kwabenya,near Accra,Ghana, by EDXRF techniques

Small aerosol particles have for a long time been known to be harmful to humans, and are today regarded to cause a larger number of deaths than traffic accidents globally. Energy dispersive x‐ray fluorescence (EDXRF) is a well known method that has been used for identification of toxic as well as non‐toxic elements in the particles. The combination of elements will together with other information help to identify the sources and predict the effects of particles on environment and human health. The present work was conducted in Kwabenya, a suburb of the capital Accra of Ghana, which is frequently exposed to Harmattan dust from the Sahara–Sahel region. In total 171 filters each of PM2.5 and PM(2.5–10) were collected during 1 year. Levels of elements, black carbon (BC) and mass, were determined for both particle sizes. Principal component analysis (PCA) was performed on the datasets from Harmattan and non‐Harmattan periods. The daily average of PM10 was very high, 179 µg m^?3 and the BC contents were 4 µg m^?3. The presence of crustal elements was large in PM(2.5–10) as well as in PM2.5, and had a more than tenfold increase in PM(2.5–10) during the Harmattan period. Major characteristic elements for different sources were identified from correlation coefficients and regression analysis of the data. Sahara sand aerosol was the major source in both study periods, but influence from biomass burning, sea‐spray and metal industries was also observed. Copyright © 2009 John Wiley & Sons, Ltd.     

碳离子辐照对人肺癌细胞A549细胞周期进程的影响

选取对数生长期人肺癌细胞A549接受0—6.0 Gy 碳离子照射， 用克隆形成法检测细胞的存活率； 并于照射后12和24 h收集细胞， 用流式细胞术检测细胞周期各时相的细胞百分比， 观察不同剂量碳离子辐照对A549细胞周期进程的影响。 结果显示: 0—6.0 Gy 碳离子照射后细胞存活率显著下降； 照射后12 h细胞发生G0/G1期阻滞， 而照射后24 h， 1.0 Gy 照射组细胞在G0/G1期阻滞， 2.0—6.0 Gy 照射组细胞在G2/M期阻滞。 上述结果表明， 在A549细胞接受碳离子照射后的12 和24 h内， 1.0 Gy 照射可持续激活细胞G1期检查点， 而2.0—6.0 Gy 碳离子照射后其细胞周期进程是随时间变化的。 To investigate the effects of cell cycle progression of A549 cell induced by 12C6+ ion irradiation at different doses, the survival fractions of the A549 cells were determined by colony forming assay; cell cycles were analyzed by FACS at 12 h or 24 h after irradiation. The results showed that the percentage of survival in the A549 cells decreased with irradiation doses. Compared with control group， the percentage of the cells in G0/G1 phase significantly increased at 12 h after irradiation with different doses of 12C6+ ions. However， at 24 h after irradiation the percentage of the cells in G0/G1 phase significantly increased with 1.0 Gy 12C6+ ions， while the cells showed increasing percentage in G2/M phase with 2.0, 4.0 or 6.0 Gy 12C6+ ions. The results suggested that G1 cell cycle checkpoint was activated in 12—24 h after irradiation with 1.0 Gy 12C6+ ions， but after irradiation with 2.0—6.0 Gy 12C6+ ions， the cell cycle progression of the A549 cells changed with time.     

Femtosecond time-resolved ERE-CARS of PM650

We utilize femtosecond time-resolved electronic resonance-enhanced coherent anti-Stokes Raman scattering (ERE-CARS) to investigate new information for pyrromethene 650 (PM650) dye molecules. For this purpose, the vibrational properties of PM650 are registered in diluted solutions of several organisms. We observe a strong Raman vibrational mode with a wavenumber difference of about 48 cm^? 1 in its organic solutions. This may be linked to the intramolecular electron transfer (ICT) process from the aromatic ring to the cyano group in PM650. The influence of the solvent effects on the vibrational dynamics of PM650 is also investigated. The vibrational properties of PM650 dye molecules diluted in polar organic solutions are light solvent-dependent.     

Agglomeration,sedimentation, and cellular toxicity of alumina nanoparticles in cell culture medium

The cytotoxicity of alumina nanoparticles (NPs) was investigated for a wide range of concentration (25–200 μg/mL) and incubation time (0–72 h) using floating cells (THP-1) and adherent cells (J774A.1, A549, and 293). Alumina NPs were gradually agglomerated over time although a significant portion of sedimentation occurred at the early stage within 6 h. A decrease of the viability was found in floating (THP-1) and adherent (J774A.1 and A549) cells in a dose-dependent manner. However, the time-dependent decrease in cell viability was observed only in adherent cells (J774A.1 and A549), which is predominantly related with the sedimentation of alumina NPs in cell culture medium. The uptake of alumina NPs in macrophages and an increased cell-to-cell adhesion in adherent cells were observed. There was no significant change in the viability of 293 cells. This in vitro test suggests that the agglomeration and sedimentation of alumina NPs affected cellular viability depending on cell types such as monocytes (THP-1), macrophages (J774A.1), lung carcinoma cells (A549), and embryonic kidney cells (293).     

拉曼光谱研究复方鹿仙草颗粒对SMMC-7721肝癌细胞的作用

应用拉曼光谱研究了不同浓度的鹿仙草溶液与肝癌细胞SMMC-7721的相互作用,通过对药物作用前后细胞的光谱变化进行分析,从而为阐明鹿仙草与肝癌细胞的作用方式提供重要的依据。拉曼光谱显示,加入鹿仙草后,细胞的许多峰都发生了变化。归属于磷酸骨架振动的785和1 092 cm-1的两个峰强度下降,对应碱基A和G的峰1 312和1 585 cm-1 等也有不同程度的降低,表明鹿仙草可能插入DNA碱基对之间,使DNA复制受到抑制,导致细胞DNA含量下降,而且会引起DNA单、双链的断裂。同时,研究还发现属于蛋白质的振动峰(1 005, 1 360, 1 656 cm-1)强度也有不同程度下降,说明蛋白质二级结构以及侧链氨基酸的环境均发生了改变。此外,鹿仙草对细胞的作用效果随浓度增加逐步增强。     

氧化钆纳米粒子对A549肺癌细胞的辐射增敏效应研究

采用氧化钆纳米粒子（GON）,研究钆基纳米粒子对X射线和碳离子束的辐射增敏效应。首先,通过透射电镜观察材料粒径,使用DLS检测材料的水合半径及Zeta电位,并用紫外吸收谱证实GON在培养基中稳定性较好;研究发现钆（Gd）浓度为10.0 μg/mL的GON对30 keV/μm碳离子束辐照水溶液产生的羟自由基的增强系数为1.13;GON对A549肺癌细胞和正常MRC-5肺细胞没有明显的毒性,且在人肺癌A549细胞中的摄取量随共培养浓度的增加而增加,在10.0 μg/mL共培养浓度下,细胞摄入Gd的量为0.73 pg/cell;进一步采用克隆存活实验证明,GON的加入对X射线和碳离子辐照A549细胞所产生的损伤具有明显的增强,在10%的细胞存活水平下,GON对A549细胞在X射线及碳离子辐照下的辐射增敏分别达15.5%和10.1%。鉴于钆材料常被用于磁共振成像（MRI）,所获得的GON有望作为X射线和碳离子的诊疗一体化材料。