单个鼻咽癌细胞的拉曼光谱分析的研究

利用激光镊子拉曼光谱系统研究了鼻咽癌细胞株和正常人鼻咽部气道上皮细胞株的单个细胞的拉曼光谱,对于每个细胞在不同部位测3个点。结果显示:正常细胞和癌细胞的平均拉曼光谱有显著差异:正常的细胞光谱强度比癌细胞的明显要高;正常细胞的1304和1336 cm-1处峰的强度比值为1.05,癌细胞的为1.22。用PCA主成分分析和DFA判别分析分别对单个细胞的平均光谱和不同位置所取得的单独光谱进行分析,结果发现:PCA和DFA均可以把癌细胞和正常细胞正确区分,对于单独光谱,DFA的效果更好一些。同时还发现同一个细胞中不同的光谱位置对PCA和DFA的区分度影响不是很大;PCA和DFA的图中还表明癌细胞的均匀度要比正常细胞的差。以上的研究均表明:激光镊子拉曼光谱可以成为区别正常鼻咽细胞和鼻咽癌细胞的有效手段。

单个肝癌细胞的拉曼光谱分析研究

本工作利用激光镊子拉曼光谱系统研究了人正常肝细胞株(LO2)和肝癌细胞株(SMMC-7721)的单细胞拉曼光谱,对于每个细胞在不同部位测三个点。实验结果显示:正常细胞和癌细胞的平均拉曼光谱存在显著差异;癌细胞谱线强度整体变弱;正常细胞的1658cm-1处峰和1450cm-1处峰的强度比值为0.63,癌细胞的为0.99;癌细胞的核酸、蛋白质、脂类等重要生物分子在结构或含量上都发生了不同的改变。用PCA主成分对单个细胞的平均拉曼光谱进行分析,结果发现PCA可以正确区分出正常细胞和癌细胞。这些结果表明,激光镊子拉曼光谱是判断正常肝细胞和肝癌细胞的有效方法。

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10μg.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。

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I1 157/I1 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。

微流控芯片-拉曼光镊的红细胞光谱检测技术

将微流控芯片与带有光镊子的激光拉曼光谱系统结合起来用以检测人红细胞的拉曼光谱。根据实验效果,选用的芯片采用石英毛细管(内径70μm)与玻璃板耦合的方式制作而成,采用微流控技术使细胞依次通过光镊所在的区域,利用光镊将细胞囚禁,然后获取单个细胞的拉曼光谱,共测得正常人红细胞的12个拉曼光谱。将实验结果与使用常规方式检测得到的红细胞光谱进行比对分析,发现这一技术显著加快了细胞的拉曼光谱检测进程,并能增强数据的可靠性。

拉曼光镊流式细胞仪的构建及其在地中海贫血分析中的应用

为自动检测和分析地中海贫血(地贫)红细胞内部的物质变化情况,建立拉曼光镊-微流控芯片自动化系统平台。应用此装置收集β地贫红细胞和正常红细胞的拉曼光谱,并对其进行多元统计分析,从拉曼特征峰(1004,1130,1450,1545,1604和1618cm-1)的数据统计分析可见,β地贫红细胞的血红蛋白分布比正常红细胞广,平均强度差在6%以内。采用主成分分析法,可较好地将正常红细胞和β地贫的红细胞区分开,从载荷图可以更明显的看到它们的变化情况。此装置实现了快速、准确、非损伤的全自动化检测,为生物学的研究和医学诊断提供新的研究手段。

活体小鼠耳朵的拉曼成像方法研究

利用扫描技术获取活体小鼠耳朵组织不同深度的微区拉曼光谱,选取分别归属于血糖、脂类、血红蛋白、蛋白质分子结构的物质的特征谱带1125,1300,1549和1660 cm"1进行峰面积计算,利用这些数据重建二维三维拉曼光谱图像。图像清晰显示了不同物质在活体组织中空间分布情况。实验表明,活体拉曼成像技术可以成为活体研究的新手段。

喇曼光谱对血糖的半定量分析

血糖检测一般采用酶化和生化方法,但这些方法都是有损破坏性的检测方法.本文利用喇曼光谱技术来检测血糖浓度,并且建一种新的数据分析方法来分析血糖的含量,以探索一种无损、快速的血糖检测方法.以小白鼠为实验模型,麻醉的小白鼠在注射葡萄糖后半个小时开始抽取小鼠尾巴处的血液进行喇曼光谱的获取,此后每间隔15min对小鼠尾巴进行抽血并获取血液的喇曼光谱,在每次测量小鼠血液喇曼光谱的同时用血糖仪来监测血糖浓度的变化情况以用来做参比.1 125cm-1是葡萄糖的喇曼特征峰,血液中的葡萄糖称为血糖,因此我们把血液光谱中的1 125cm-1作为血糖峰,1 549cm-1为血红蛋白的喇曼特征峰,人体中的血红蛋白是稳定的,所以本文以血红蛋白的峰1 549cm-1作为内标来研究血液喇曼光谱中血糖峰的强度.结果表明1 125cm-1/1 549cm-1的变化可以很好地与血糖变化相对应,并且具有良好的线性关系.利用喇曼光谱技术可以无损地对血糖进行半定量分析.

傅里叶变换红外光谱诊断地中海贫血症

为建立简单快速的地中海贫血诊断方法,本研究探讨了以傅里叶变换红外光谱结合水平衰减全反射(FTIR-HATR)技术在地中海贫血诊断中的制样方法及光谱的数据处理方法。在制样预处理中,通过对样品进行稀释并干燥成膜消除水分子对光谱吸收干扰,保持ATR光谱中各波长对样品的穿透深度一致。结果表明,当1652cm-1吸收度小于1.5时(即透射率T小于4%时),各波峰强度与血红蛋白浓度呈良好的线性关系(r>0.995)及实验重复性(RSD<4%)。在数据处理上,改进的相对强度方法用于800～1780cm-1和2480～3600cm-1区间的分析。通过与常规的傅里叶去卷积谱及差谱方法相比,本方法可消除样品浓度所带来的影响因素,灵敏地揭示群体数据中组分与结构在不同组间的显著差异,如1638cm-1处重叠的蛋白二级结构峰,1172cm-1、1440cm-1表征脂类物质的吸收峰,1064cm-1表征磷酸化合物峰位及表征SH的2553cm-1附近的吸收峰在正常组与地中海贫血组间存在显著差异。从而避免了几个峰位的相对强度所反映的信息不足及选择参比峰的困扰,对揭示整体的差异变化规律有着重要的作用。

单个红细胞的拉曼光谱研究

研究了不同物种的血红细胞的拉曼光谱,采用一个波长为785nm的半导体激光束来囚禁血红细胞和激发血红细胞的拉曼光谱。结果显示不同物种血红细胞的拉曼光谱在1603cm-1苯丙氨酸和色氨酸的C=C平行振动模及1616cm-1酪氨酸和色氨酸的C=C拉伸模有明显的差异,这可以用来作为不同种血红细胞鉴定的特征标记,表明激光镊子拉曼光谱技术可以成为血红细胞分析的有效手段。

拉曼镊子分析单个苏云金芽孢杆菌伴孢晶体蛋白

应用拉曼镊子研究了来自同一亚种的两个苏云金芽孢杆菌(Bacillus thuringiensis,Bt)菌株的单个伴孢晶体蛋白的拉曼光谱。一束30mW、785nm的近红外激光导入倒置显微镜,形成光镊,俘获水溶液中的单个伴孢晶体蛋白,同时收集被俘伴孢晶体蛋白的拉曼信号。结果表明,单个晶体的拉曼光谱反映了晶体蛋白的分子结构和蛋白组成,得到的拉曼光谱信号更清晰、更灵敏。平均光谱和主成分分析均显示,同一亚种的H7、D4菌株的晶体蛋白的拉曼光谱比较接近。但在同一菌株内有两类不同的伴孢晶体存在,得到了群体分析方法难以得到的信息。本方法不需要复杂的纯化伴孢晶体过程,直接俘获单个伴孢晶体并收集其拉曼光谱,既可以得到群体伴孢晶体的信息,更可以得到群体内每个晶体蛋白之间的信息。

活体小鼠中单个红细胞的拉曼光谱分析

应用拉曼光谱与光镊技术对活体小鼠毛细动脉和静脉血管中的全血以及毛细血管中的红细胞和体外的全血及单个红细胞进行研究;光谱分析显示,可以获得活体血液的拉曼光谱;在动脉毛细管和静脉毛细管中可以观察到清晰的携氧与去氧血液的不同光谱;体内血管中血红细胞的血红蛋白浓度比体外的更高,在动脉毛细管中的血红细胞的携氧态特征峰明显,且具有统计学差异;动脉毛细血管中的pH值比静脉毛细血管中的pH值更高。通过对1604 cm-1特征峰在活体毛细血管中携氧态和去氧态红细胞光谱差异的研究发现,1604 cm-1特征峰的变化与红细胞所处的环境的pH值有关,当环境pH值变大,1604 cm-1特征峰的强度减小;当环境的pH值变小时,1604 cm-1特征峰的强度变大。以上结果表明,在活体中研究血液及单个红细胞的信息变化是可以实现的,同时表明拉曼光谱与光镊技术是一种进行活体中单个细胞研究的强有力的工具。

光镊捕获的单个解冻人血红细胞的拉曼光谱研究

红细胞的冰冻与解冻的实施为血液的长期保存提供了有效的方法。在过去的几十年中,红细胞冻存有过数种方法,其中高甘油冻存法比较普遍,因而用此方法保存红细胞是否对红细胞产生了影响及产生了什么影响是值得研究的。作者利用激光光镊拉曼光谱系统,通过拉曼光谱对冻存人血红细胞进行研究;结果显示,红细胞冻存前后的拉曼光谱有一定的变化,解冻提取后也产生了一定的变化,这些变化主要体现在对应拉曼光谱的位置和强度上。研究结果对进一步研究红细胞的冻存具有一定的参考价值。

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。

一种酵母细胞生长现象的实时单细胞拉曼光谱观察

用拉曼镊子观察单个即发活性干酵母(Saccharomy cescerevisiae)细胞在2.0%葡萄糖溶液中的活化过程,收集其拉曼光谱。结果发现,在某一批次的产品中,酵母细胞的1364cm-1峰强度随着细胞的活化而显著增加,531cm-1、652cm-1、1053cm-1等源自葡萄糖或葡萄糖基的信号峰也会随细胞的生长而增强,随后增强的还有1432cm-1、1448cm-1、1561cm-1等源自脂类物质的峰,而源自蛋白质及脂类的1000cm-1、1445cm-1、1655cm-1等峰的信号强度基本不变,酵母细胞代谢活跃的标志峰1603cm-1也基本不变。该批次产品中,10次实验有7次观察到上述现象,而在别的批次产品中并没有观察到该现象。用单细胞拉曼光谱实时记录了这一特殊的生长现象。

拉曼镊子在生物单细胞中的应用与进展

拉曼镊子(Raman tweezers)是将激光光镊(Optical tweezers)与显微拉曼光谱(Raman spectroscopy)结合的光学技术,可以在接近自然状态下研究单个生物细胞或细胞器。因其有无直接接触、无损伤、快速识别、实时追踪等特点,广泛用于生物细胞的识别、探测、筛选等。研究显示,拉曼镊子在微观生物研究的应用中,可提高拉曼光谱的信噪比,也能实现生化动力学过程的实时跟踪,从而能深刻了解细胞内生物大分子的活动规律。本文着重介绍了拉曼镊子的起源、原理及其在单细胞中的应用以及展望。

人血红细胞在直流电作用后光镊操控的拉曼光谱研究

激光光镊拉曼光谱(LTRS)系统是拉曼光谱和激光光镊的结合,是一种研究细胞的全新方法,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、强度和线宽可得到细胞的组成、结构及细胞内物质相互作用的信息。外界因子对细胞的作用可引起细胞的生理变化,这种变化也可以通过拉曼光谱的变化而进行分析。本文是对人血红细胞在不同强度直流电的作用前后拉曼光谱变化的研究,结果表明:人血红细胞在直流电作用前后拉曼光谱有明显的差异,这种变化正是红细胞内信息变化的一种反映。本研究为直流电物理治疗的分子机理提供一定的理论参考。

FTIR-HATR诊断β-地中海贫血及其机理研究

为建立简单快速的地中海贫血(简称地贫)诊断方法,探讨了傅里叶红外光谱结合水平衰减全反射(FTIR-HATR)技术用于β-地贫患者的检测及其分子机制。检测了68份正常与37份β-重型地贫患者样品,并在群体水平上分析了两者光谱差异变化规律。结果显示:(1)由于血红蛋白量的减少,β-地贫组的光谱强度显著低于正常组;(2)在1750～1500cm-1区间,表征蛋白二级结构的1652,1638和1628cm-1在β-地贫中有明显降低,而在1682cm-1处略微增强;(3)在1350～1500cm-1区间,表征磷脂CH3/CH2的1440,1453,1479cm-1及CO—O—C的1172和1161cm-1吸收峰在β-地贫中显著减少;而在1000～1200cm-1区间,表征碳水化合物C—O的1150cm-1,2,3-二磷酸甘油酸(DPG)或ATP中OPO的1081和1053cm-1吸收峰显著升高。统计表明DPG/脂类比在β-重型地贫组中显著高于正常组,并可作为诊断指标,将两者完全区分,避免了复杂数据处理过程,为地贫的光谱诊断提供了坚实的实验基础与理论依据。

基于光镊与拉曼光谱的红菇担孢子分析

拉曼光谱作为分子振动光谱,具有无损、无需试剂染色和快速方便的特点,在生物学领域的应用越来越广泛。拉曼镊子是光镊与拉曼光谱的结合,应用拉曼镊子技术收集单个红菇担孢子的拉曼光谱,分析单个担孢子的主要成分,不同的储存方法对担孢子成分的影响等。结果发现,单个担孢子的拉曼光谱反映了担孢子内含物的基本组成,红菇担孢子的孢内主要成分是脂类物质;不同种类的红菇担孢子的拉曼光谱基本相同,经过多年保存的孢子仍然保持其孢子内的主要成分不变。各随机选择10个担孢子的拉曼光谱进行主成分(PCA)判别分析,结果显示红菇属内不同种类的孢子无法区分。结果表明单孢子拉曼光谱可以应用于分析孢子内成分的变化,但应用于真菌分类的可能性有待进一步探索。