鼻咽癌离体组织拉曼光谱的测量

拉曼光谱分析技术在探测与组织病理学相关的分子变化方面具有特别的潜力和优势,并且使无损、实时、快速的光学诊断成为可能.采用785 nm半导体激光器,透射式的全息光栅,背向感光、深度耗尽的CCD探测器及特殊设计的光纤拉曼探头构建了一台快速拉曼光谱测试装置.所设计的光纤拉曼探头可在减少荧光信号和瑞利散射影响的同时,最大限度地收集生物组织的拉曼信号,同时解决了平面光栅衍射光束的谱线弯曲问题,提高了仪器的信噪比,使装置具有较高的灵敏度并可快速测量获得人体组织的近红外拉曼信号.通过新鲜猪肉的脂肪和肌肉组织的拉曼光谱信号的检测,验证了测试装置的良好性能; 在此基础上,研究了鼻咽癌组织样品存放时间对拉曼光谱的影响,并在1～5 s时间内快速测量获得了人离体鼻咽癌组织的近红外拉曼光谱.     

频域近红外光谱方法定量测量组织氧饱和度

通过精确测量光子密度波的相位延迟和幅度衰减,借助于一个光学参数已知的校准模型,可以定量检测组织的光学吸收参数和约化散射系数.通过测量多个波长下组织的吸收系数,就可以进一步求解出人体局部组织的血氧饱和度.血液－酵母溶液仿真模型和前臂动脉阻断实验的结果都表明该三波长的频域近红外光谱系统可以实时定量地检测组织氧饱和度的动态变化情况.     

猴子大脑皮层组织的拉曼光谱研究

猴子的大脑皮层主要由灰质和神经元组成,是大脑中调控行动和思维的区域。选取在生命成长过程中具有代表性的3个年龄段(幼年、成年、老年)猴子的大脑皮层组织,首次测得其拉曼光谱。实验结果显示,3个不同年龄段的猴子大脑皮层的拉曼光谱最明显的差异表现在1 000～1 400 cm~(-1)和2 800～3 000cm~(-1)范围内。随着年龄的增长,归属于脂类的拉曼峰1 313和2 885 cm~(-1)的强度越来越强,而归属于蛋白的拉曼峰1 338和2 932 cm~(-1)的强度却逐渐减弱,并且在老年猴子大脑皮层的拉曼谱中出现了2个归属于脂类的拉曼峰1 296和2 850 cm,I_(1313)/I_(1338)和I_(2885)/I_(2932)的变化趋势很好地描述了这种差异。研究表明,随着年龄的不断增长,猴子大脑皮层中脂类的含量逐渐增加,这样可以很好地说明大脑皮层中脂类的聚积是导致衰老的一个重要原因,为进一步研究人类和动物的生命活动规律、疾病的形成机理提供了很有价值的参考。     

子宫病变组织的拉曼光谱研究

拉曼光谱方法可以从分子水平反映组织、细胞在化学成分及分子结构上的差异,现已在细胞、组织的结构、功能及病变等方面的研究工作中取得了重大进展.文章首次利用光纤拉曼光谱仪研究了子宫肌瘤、子宫内膜癌、子宫腺肌症等子宫病变组织的拉曼光谱,并与对应正常组织的拉曼光谱进行了比较.结果表明:子宫肌瘤组织中甲硫氨酸C-S键振动引起的拉曼峰分裂成为双峰,包括一个由色氨酸振动引起的峰,并出现了一个胡萝卜素引起拉曼峰,这在正常肌层组织中没有体现出来,子宫内膜癌组织在1 447 cm-1处对应着CH2-CH3的变形振动,表现出组织癌变的特征峰;子宫腺肌症组织在骨架α螺旋C-C键的伸缩振动引起的拉曼峰强度明显弱于正常组织,其由C-O键弯曲振动引起的拉曼峰由正常组织的1 160 cm-1移至1 173 cm-1.以上结果进一步证实了拉曼光谱技术能在分子水平有效鉴别不同的子宫病变,这不仅有助于子宫病变的早期诊断,同时,对子宫疾病的基础研究也是至关重要的.而基于光纤的拉曼光谱技术将有望发展成一种高灵敏的诊断技术.     

人体不同组织的拉曼光谱研究

测试了人体甲状腺、卵巢、输卵管、肺、子宫平滑肌、子宫颈等组织的拉曼光谱。结果显示,用氩离子激光514.5 nm激发,人体组织拉曼光谱的荧光背景强,在500～3 500 cm-1范围,肺和宫颈组织未显示特征带,甲状腺和子宫组织则显示了较多的带。在600～1800 cm-1范围,子宫、输卵管组织只显示了类胡萝卜素的拉曼带。正常甲状腺组织的光谱和甲状腺滤泡癌组织的光谱之间显示出明显差异,后者没有呈现1 585和1 634 cm-1特征带;正常肺组织与肺癌组织的拉曼光谱也有较大区别,肺癌组织的光谱强度比正常组织的低得多。拉曼光谱技术在临床医学诊断方面将会发挥重要的作用。     

拉曼光谱定性和定量检测青蒿素研究

青蒿素是从中药青蒿中提取的含有过氧基团的倍半萜内酯药物,具有良好的抗疟特性,是治疗疟疾的特效药。运用激光拉曼光谱分析了100～3 500 cm-1光谱范围内青蒿素的声子振动特性。指出位于724 cm-1的拉曼峰为与青蒿素中过氧基团直接相关的一个特性声子振动模式,可用于检测过氧桥键的存在。位于1 734 cm-1的拉曼峰为与青蒿素中内酯基团直接相关的一个特性声子振动模式,可用于进一步检测分析青蒿素。由于这两个特征拉曼峰对应于青蒿素分子中特征化学键的振动,而且在实验上较容易观察分析,因而它们可以很好的用于拉曼光谱法快速初步定性检测青蒿素。同时,通过分析比较不同纯度青蒿素样品中724和1 734 cm-1处特征拉曼峰的平均散射信号强度比,拉曼光谱法可以用于定量检测青蒿素样品的纯度。与常用的高效液相色谱法相比,拉曼光谱法更快速方便,检测精度更高,而且可以检测青蒿素样品纯度的均匀性。拉曼光谱法定性和定量检测青蒿素纯度的功能对分析检测中药青蒿的品质也有重要意义。     

利用光纤传输测量拉曼光谱的研究

采用多模熔石英光纤对磷酸铕玻璃和铒的磷酸盐烧结体样品进行了光纤传输拉曼光谱测量，并与直接测量样品的拉曼光谱进行对比，两者的结果基本符合，从而证实了光纤传输拉曼光谱对样品检测的可行性，达到扩展拉曼光谱仪的应用领域，为特定条件下研究材料性能提供了良好的途径。由此还可发现和研制出新的光电产品材料。     

鼻咽癌组织拉曼光谱研究进展

鼻咽癌是东南亚地区及中国南方地区高发的恶性肿瘤,具有独特的地理、种族分布特点,并且存在恶性程度高、预后差、早期诊断困难等问题。拉曼光谱技术是基于非弹性光散射基本原理的一种快速且无损的检测方法,能够在分子振动水平上提供生化成分等信息。综述基于拉曼光谱技术的鼻咽癌组织研究最新进展。主要介绍了国内外小组采用拉曼光谱及表面增强拉曼光谱(SERS)进行鼻咽癌组织检测研究的概况,其中重点介绍该研究小组近期在鼻咽癌组织的高波数拉曼光谱、鼻咽癌组织涂片的拉曼光谱,以及研发的人活体鼻咽癌组织内镜检测装置及其临床实验情况。最后,对鼻咽癌组织拉曼光谱研究的发展前景进行了展望。     

乳腺肿瘤周边组织的拉曼光谱研究

使用REMSHAW显微共焦拉曼光谱仪测量了40例手术切除乳腺肿瘤周边(肿块边约5 mm)组织的拉曼光谱.通过对浸润性导管癌、乳腺增生、纤维腺瘤等乳腺肿瘤周边组织的拉曼光谱分析,发现不同乳腺肿瘤周边组织的拉曼光谱有显著差异.这些差异在肿瘤诊断中,可作为乳腺癌和其他乳腺肿瘤拉曼光谱的特征,为乳腺疾病诊断提供依据.乳腺肿瘤周边组织的拉曼光谱对乳腺肿瘤诊断具有重要的价值.     

胃癌组织的拉曼光谱初探

本文用ＦＴ－Ｒａｍａｎ光谱方法研究了４０例胃癌与胃正常组织,所得的光谱经统计处理的发现,肿瘤光谱中水、蛋白质有关的ＯＨ（ＮＨ）伸缩振谱带,Ｃ＝Ｏ伸缩振动,Ｈ－Ｏ－Ｈ变角振动谱带明显强于正常组织的光谱,造成这一现象的原因可能是水与蛋白相互作用及氢键结构在正常组织和肿瘤组织中不同所致。     

表面增强拉曼光谱检测鸡蛋蛋清内三聚氰胺的定量方法研究

三聚氰胺对人体有害,鸡蛋内三聚氰胺定量检测非常有必要。以鸡蛋蛋清为研究对象,应用表面增强拉曼光谱技术结合化学计量学方法对蛋清内三聚氰胺进行了定量检测。首先采用人工饲养蛋鸡的方法获取含有三聚氰胺的样品鸡蛋。然后使用便携式拉曼光谱检测仪(Opto Trace RamTracer-200)和拉曼增强试剂测定蛋清的表面增强拉曼光谱,同时利用气相色谱质谱技术测定相应蛋清中三聚氰胺的含量。利用Raman Analyzer对拉曼光谱基线进行校正。应用相关系数法从表面增强拉曼光谱中选取320个光谱变量作为输入变量,建立偏最小二乘定量校正模型;并应用谱峰分解法建立谱峰分解定量校正模型。两种模型建立过程中均选定90个样本做为模型校正集,44个样本做为模型验证集,两种模型都有较好的预测效果。偏最小二乘定量校正模型预测值与气相色谱质谱联用法(GC-MS)测定值的决定系数R2为0.856,预测均方根误差RMSEP为1.547;谱峰分解定量校正模型R2为0.947,RMSEP为0.893。实验结果表明,该方法能有效定量检测鸡蛋内三聚氰胺,检测一个样本仅需15 min,为蛋品的三聚氰胺检测提供了一种新途径。     

人乳腺癌组织的显微拉曼光谱研究

研究了人类正常与癌变乳腺组织的显微拉曼光谱特性。与正常乳腺组织相比,癌变组织的核酸骨架磷酸离子vs(PO^-2)特征谱线由1082移到1097cm^-1、强度加强,位于817cm^-1的RNA主链vs(O-P-O)的谱线强度增加;蛋白质酰胺Ⅰ和酰胺Ⅲ两个特征谱带从1657,1273cm^-1分别位移到1662和1264cm^-1,其中1264cm^-1谱线的宽度和强度均增加,某些氨基酸残基的C—O谱线向高波数位移,色氨酸特征峰1368cm^-1在癌变组织中几乎观察不到;脂类特征谱线减少。上述谱线变化表明,癌变组织中核酸的相对含量增加、主链结构发生变化;蛋白质结构同时呈现α-螺旋、无规卷曲、卢．折叠以及β-回折4种构象特征,其分子间的氢键近乎断裂,蛋白质变得松散和无序,色氨酸残基的吲哚环呈现“暴露式”;脂类含量减少。研究表明,显微拉曼光谱可以为乳腺癌变的生化机理研究以及活体诊断提供有力的实验依据。     

亚胺硫磷表面增强拉曼光谱定量解析模型研究

拉曼光谱分析方法结合表面增强技术用于亚胺硫磷农药的检测。连续小波变换(continuous wavelet transforms, CWT)和连续投影算法(successive projections algorithm, SPA)分别用于拉曼光谱的预处理和特征拉曼位移的选择,多元线性回归(multi-linear regression, MLR)用于特征拉曼吸收的回归分析。结果表明,芯片增强可以实现低浓度农药溶液拉曼响应的增强;CWT可以提高拉曼光谱的分辨率和平滑度,消除光谱的平移误差;基于SPA方法的特征位移选择方法,既可以提高模型的分析精度,又可以简化MLR模型的回归变量;与特征增强波段的MLR模型比较,CWT-SPA-MLR模型可将验证集的预测相关系数(correlation coefficient,r)和预测均方根误差(root mean square error of prediction,RMSEP)由0.823和1.640改善为0.903和1.122。CWT-SPA-MLR可用于拉曼光谱定量解析模型的建立,该方法简单易用具有良好的重复性。     

拉曼光谱乙醇含量测量基线校正算法研究

采用拉曼特征峰峰比法进行乙醇含量的定量分析时,两峰值强度对定量分析精度有决定作用。为获得准确的乙醇含量信息,本文采用自主研制的激光拉曼乙醇含量检测系统实验获得不同浓度乙醇溶液拉曼光谱特征峰与本底水峰相对强度关系,研究了适用于大范围乙醇浓度定量分析的快速实时基线扣除算法。分别采用小波分析和基于极值自适应缩放的方法去除荧光背景,实现光谱基线校准。基线校准处理后,两种方法均能消除突变噪声及强荧光背景的影响而读取出拉曼峰强度。采用e指数数学模型对拉曼峰值强度比随乙醇浓度变化关系进行非线性回归分析。结果表明,小波分析方法非线性拟合相关系数高于0.980,基于极小极大值自适应缩放的方法非线性拟合相关系数高于0.982。     

基于拉曼光谱技术的蜂王浆品质定量模型研究

蜂王浆是一种具有抗氧化、抗衰老、调节心血管系统和免疫功能的纯天然营养保健食品,近年来在食品、生物医学等领域广泛应用。由于蜂王浆的采集过程费时费力且没有快捷简便的方法检测其品质,使得市场上的蜂王浆产品质量参差不齐,因此实现蜂王浆品质的快速鉴别就显得至关重要。该研究以蜂王浆的水分和蛋白质为研究对象,利用拉曼光谱技术结合主成分回归算法(PCR)和偏最小二乘法对蜂王浆进行了快速定量检测,建立了水分、蛋白质的定量模型,探究对其定量分析的可行性,并进行光谱预处理以提升模型的预测能力,使其预测准确性更高。蜂王浆中水分和蛋白质化学值的测定分别采纳蜂王浆国家标准规定的减压干燥法和凯氏定氮法。蜂王浆光谱的采集则是由DXR激光共焦显微拉曼光谱仪测得。应用TQ Analyst分析软件对蜂王浆光谱进行预处理及建立定量分析模型。其中光谱预处理包括导数、标准正态变换、多元散射校正、Savitsky-Golay卷积这四种光谱预处理法,并按一定关系排列组合成多种不同的预处理方法,对蜂王浆样品光谱进行数据处理,寻找出最优的模型与处理方法。结果表明,利用主成分回归法建立蜂王浆水分和蛋白质的定量模型效果不理想,水分的定量模型结果表明,Savitsky-Golay平滑（7）处理校正集决定系数最高但也仅为0.741 3,预测集决定系数为0.661 6,RMSEC为0.656,RMSEP为1.34,建模效果差。蛋白质的PCR定量模型结果表明,Savitsky-Golay平滑（7）处理相较之下最优,校正集决定系数0.675 0,预测集决定系数为0.566 8,RMSEC为0.548,RMSEP为0.957,建模效果较差。因此,基于PCR所建模型对蜂王浆水分、蛋白质的含量有一定的预测可能性,但建模效果较差,预测准确度低,稳健性差。而结合偏最小二乘法并进行S-G（7）+二阶导数+SNV处理对蜂王浆水分建模效果最好,水分含量校正集和预测集的决定系数分别为0.992 7和0.948 8,RMSEC和RMSEP分别为0.162和0.442。蛋白质的PLS定量模型,通过对多种预处理组合处理结果进行对比,S-G（7）+一阶导数+SNV处理对蜂王浆蛋白质建模效果最佳,蛋白质含量校正集和预测集的决定系数分别为0.991 6和0.879 5,RMSEC和RMSEP分别为0.143和0.497,建模效果好。因此,利用拉曼光谱结合偏最小二乘法快速检测蜂王浆中水分和蛋白质的含量是可行的,且所建定量模型稳健性良好,预测准确度高。通过上述实验可总结得出,在一些不可避免的外界因素影响下,将多种预处理方法组合起来可以提高模型的准确性和稳健性,比用单一的光谱预处理方法修正光谱更加有效,优化效果更加明显,且有效提升了模型的各参数,更好的提高了模型预测的准确性。同时表明了,拉曼光谱技术应用于蜂王浆品质的快速检测是可行的,且检测准确度高,速度快,在蜂王浆品质的快速检测方面展现了很好地应用前景。     

表面增强拉曼光谱(SERS)及其在定量测量中的研究进展

表面增强拉曼光谱(surface enhanced Raman spectroscopy,SERS)具有极高的灵敏度,是一种强大的检测低浓度分析物的痕量分析技术,甚至可以实现单分子检测。因此,在化学、生物、环境等领域都是非常重要的分析手段。但是,由于SERS信号的重现性不高,尚未成为常规的定量分析技术。本文阐述了SERS的基本原理,总结了应用SERS实现定量检测的研究成果,评述了SERS的定量检测在环境、生物医药、食品卫生等方面的应用,并提出了展望和亟待解决的问题。     

拉曼光谱实验方法及谱分析方法的研究

本文提出了振动拉曼光谱的实验方法和谱图数据处理方法，并应用于四氯化碳、苯等样品的拉曼光谱的获得和谱分析中．实验结果与通过Gaussian计算软件计算的理论结果相吻合．结果表明，本文提出的方法能有效地获得信号较弱和在较窄的谱段上谱线强度比相差悬殊的拉曼振动散射谱，并对其进行谱分析．     

甲状腺癌组织的傅里叶变换拉曼光谱研究

利用傅里叶变换拉曼光谱仪得到了甲状腺癌和甲状腺正常组织样品的拉曼光谱,这2种组织样本的拉曼特征峰主要出现在400～3 500 cm-1的波长范围内。在甲状腺正常组织的拉曼光谱中位于503和758 cm-1处有两个特征峰,758 cm-1处峰指认为苯环的环振动,503 cm-1处的拉曼峰经分析初步指认为C—Ⅰ伸缩振动,这2个特征峰在甲状腺癌的拉曼光谱中均消失。在甲状腺正常组织的拉曼光谱中位于3 062和1 003 cm-1处酪氨酸的特征峰,在甲状腺癌组织的拉曼光谱中,这2处峰的相对强度明显降低。因此,拉曼光谱法有望成为甲状腺癌诊断的有效方法。     

结直肠组织中脂类的拉曼光谱研究

利用共聚焦显微拉曼光谱系统,检测了结直肠癌组织及邻近正常组织的拉曼光谱234例,从分子水平探讨结直肠癌变的原因。实验结果表明：在900～2 100 cm-1频移范围内,与正常组织比较,归属于结直肠癌组织中脂类伸缩振动的1 067和1 133 cm-1 拉曼峰强度相对较弱,扭转振动的1 299 cm-1与CH面内变形振动的1 264 cm-1拉曼峰的强度比值减少,应用SPSS16.0统计学软件进行平均值计算与比较,正常组织中的1 299和1 264 cm-1的强度比值平均值为3.17,癌变组织的为1.33; 二者的分界值为1.96,以此判别结直肠癌组织和正常组织符合率为94%。研究表明,结直肠癌组织中脂类的链内纵向有序性下降,不饱和度增加。可推测结直肠癌组织中脂类的能量储存增加是引起这些变化的原因,而这些变化将导致细胞膜的流动性增强,从而改变细胞膜的物质运输、能量传递和信号传导,终将引起DNA 结构的变化。因此,脂类的能量分布变化可能是导致细胞癌变的原因之一。     

一种提高生物体拉曼光谱痕量测量精度的方法

微量物质拉曼光谱测量精度的提高是拉曼分析技术的难点之一,特别是高荧光背景下生物体中微量物质的测量。根据拉曼谱峰突发、离散特点,分别给出荧光背景和噪声拟合函数,通过监测总体拟合偏差A类不确定度函数实现拉曼谱峰定位和干扰信号滤波;进一步根据谱峰位置划分光谱区间,在单调区间内弱化非谱峰信号,实现谱峰信号增强。与其他光谱处理方法比较,可以准确拆分重叠特征峰,不会降低特征峰高度,提供更加灵敏的半谱峰面积指标。实验表明,该方法在处理皮肤拉曼光谱时,可以准确得到螺旋构象的酰胺I带、神经酰胺和CO的归属拉曼谱峰;另外经过该方法处理后数据建立水溶性糖(水稻叶片)含量测量模型,其精度优于小波分解、多项式拟合和非线性最小二乘法。