拉曼光谱分析有机氮源促进乙醇发酵的机制

应用拉曼光谱和单细胞分析技术监测有机氮源尿素和酵母粉、无机氮源硝酸铵和硫酸铵对酿酒酵母乙醇发酵的影响及发酵过程胞内主要生物大分子的变化动态,以期从光谱学角度获知有机氮源促进乙醇发酵的机制。结果表明,利用酵母粉和尿素的乙醇发酵速度最快,14~18 h即可达到乙醇浓度的最大值;在有机氮源下,酵母细胞的RNA合成无明显的迟滞期,发酵前期,782 cm!1峰平均强度比无机氮源的高,其最大峰强是初始强度的1.9~2.1倍,而无机氮源仅为1.2~1.4倍;以酵母粉为氮源的不同发酵阶段,部分细胞的蛋白质二级结构以β折叠为主,而其它氮源的细胞则是以α螺旋为绝对主导。因此,尿素、酵母粉等有机氮源促进乙醇发酵的可能原因是缩短酵母的迟滞期,促进胞内RNA的快速合成,促进相关基因的快速转录和表达。     

大鼠的发炎白细胞的喇曼光谱研究

为了研究大鼠处于正常状态和发炎状态下白细胞内部的物质是否发生变化,制备了35%总体表面积Ⅲ度烫伤导致全身炎症的模型,采用一个激发波长为780 nm的半导体激光束来囚禁和激发正常与发炎两种状态下单个白细胞的喇曼光谱.结果显示,正常状态和发炎状态下的白细胞喇曼光谱有显著的区别,主要在726、785、935、1 093、1 371和1 657 cm－1处发炎白细胞的峰值强度比正常白细胞明显高出很多|通过光谱指认表明,当机体发炎时,白细胞中的蛋白质氨基酸含量基本没有变化,但是蛋白质结构发生明显改变|核酸的碱基含量增加,DNA双螺旋结构发生改变.利用PCA主成份对单个白细胞的喇曼光谱进行分析,发现通过PCA可以完全区分出正常状态和发炎状态的白细胞.     

分选特殊产物微生物的喇曼光谱法

以微生物油脂和类胡萝卜素为目标产物,通过对比目标产物与普通酵母的喇曼光谱,选择喇曼光谱的1 440 cm－1谱带与1 602 cm－1谱带的信号强度比值I1440/I1602作为油脂的特征标记,选择I1157/I1654或者I1520/I1654作为类胡萝卜素的标记,采用780 nm的激光俘获、收集酵母细胞的喇曼光谱,编写VB计算机程序,实时在线识别,通过光镊的操控,筛选产类胡萝卜素酵母和油脂酵母.经细胞培养和喇曼光谱检测验证了筛选结果.为筛选有经济价值的微生物提供了一种简单快捷的创新方法.     

单细胞喇曼光谱分析高渗环境对酵母乙醇发酵代谢的影响

应用喇曼光谱和单细胞分析技术监测非发酵底物形成的不同高渗透压对酿酒酵母乙醇发酵的影响,及发酵过程胞内主要生物大分子的变化动态,以期从光谱学角度获知酵母细胞乙醇耐受的分子机制.结果显示,渗透压的升高明显延缓酵母细胞的生长、底物消耗和产物生成,但在2.0mol/L山梨醇下乙醇的最终产量高于对照组.主成分分析显示,不同渗透压主要影响酵母细胞光谱的1 300~1 306和1 443cm-1等源自脂类物质的喇曼峰,说明渗透压影响了胞内脂类物质的合成.主特征峰强度的动态变化显示,高渗透压会显著影响782、1 301、1 602和1 657cm-1峰所表征物质的合成时间和强度,进而影响细胞的代谢方向.结果表明耐高渗菌株能适应高渗环境,调整胞内组分含量,实现高产发酵.     

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。     

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。     

基于拉曼光谱的地贫红细胞种类识别方法的研究

应用光镊俘获单个红细胞并收集其拉曼光谱进行细胞识别,针对系统噪声和荧光效应等引起高强度光谱背景从而影响基于光谱强度统计分析结果的问题,利用最小二乘多项式进行光谱背景的拟合并去除背景.比较了4种数据处理方法(去背景、未去背景、去背景做一阶导数和未去背景做一阶导数)的聚类效果,结果表明,去背景的处理方法显著提高了地贫红细胞与正常人红细胞的识别度.其中,α地贫HbH组与正常对照组间的平均区分度为90.32%,α地贫HbHcs组与正常对照组间的区分度为97.6%,远高于其他处理方法的结果.同时,去背景及未去背景的一阶导数光谱的聚类分析结果一致,证实去背景并不影响光谱特征谱带的形状及其性质.此外,该方法对实验系统稳定性要求不高.     

利用拉曼光谱分析顺铂诱导的胃癌细胞凋亡

利用激光拉曼光谱对顺铂诱导的胃癌细胞凋亡进行分析,胃癌细胞SGC7901经10 μg·mL-1顺铂处理24, 48, 72 h后,一部分用于荧光染色,另一部分用扫描方式收集细胞的拉曼光谱。光谱结果依次经背景扣除、平滑、归一化、基线校正、峰拟合等方法预处理。荧光染色结果显示对照组细胞核染色均匀,而药物处理72 h后,核碎裂,呈致密浓染。拉曼光谱结果显示顺铂处理24, 48, 72 h后,与核酸及蛋白质相关的峰均有降低,其中783, 1 002, 1 343 cm-1峰72 h后依次降低为初始值的52%,64%,76%,表明顺铂能够诱导胃癌细胞凋亡,凋亡细胞内核酸和蛋白质含量降低。以上结果说明,拉曼光谱能提供生物细胞内物质变化的丰富信息,是实时检测细胞凋亡过程的有效手段。     

基于96孔板与拉曼光谱的发酵乙醇高通量快速检测

发酵液中乙醇含量是实验室研究和工业生产的必检项目.应用拉曼光谱在倒置显微镜上建立一种用96孔板高通量快速检测发酵液乙醇含量的新方法,通过最小二乘法拟合标准乙醇溶液与内标物的拉曼信号比值,得到回归方程,根据回归方程计算乙醇溶液和发酵液中的乙醇含量,与气相色谱法的检测结果进行对比.用本方法检测了菌株筛选、三角瓶发酵和500 L发酵罐发酵过程的乙醇含量.t-检验表明,与气相色谱法结果吻合较好(p=0.05).本方法只需要10～15 s的拉曼光谱收集时间,应用自编程序实时读取检测值,准确度高;结合96孔板可以实现大量样品的实时快速检测.