光谱共聚焦等高面测量法研究

通过对机械测量球头在金属表面测量与光谱共聚焦测量数据在非光滑表面数字误差的对比,结合机械测量中的的实际情况,综合运用等高面和数理统计的相关理论知识对两者测量进行了研究和探讨,发现光谱共聚焦数学测量面的建立是与机械测量溯源的关键,提出了建立光谱共聚焦等高面的模式,并运用数学模型的方式研究了在非光滑表面测量的模式,为光谱共聚焦在机械领域的测量提供了可借鉴的理论依据。

基于显微共聚焦拉曼光谱与多靶标适配体微流控技术鉴定鼻咽癌循环肿瘤细胞的方法

目的建立一种基于显微共聚焦拉曼光谱技术的鼻咽癌循环肿瘤细胞鉴定方法,实现对鼻咽癌循环肿瘤细胞的无接触、无标记检测。方法体外培养人T淋巴细胞白血病细胞株Jurkat和鼻咽癌细胞株Sune1,利用EpCAM、CD44、EGFR和波形蛋白适配体组装的纳米微流控芯片技术识别和亲和捕获单细胞,并使用显微共聚焦拉曼光谱技术对单细胞进行鉴定,得到单细胞拉曼光谱。以两种机器学习算法:支持向量机和线性判别分析构建分类器,对单细胞拉曼光谱进行建模分析。结果共采集得到474个Jurkat细胞与Sune1细胞的单细胞拉曼光谱,其峰位分析结果显示:与Jurkat细胞相比,Sune1细胞中的腺嘌呤、胸腺嘧啶和鸟嘌呤含量显著下降(P<0.0001);羟脯氨酸、蛋白质和脂类的含量显著上升(P<0.0001),差异有统计学意义。线性判别分析的预测准确率较高,能够有效区分两种细胞,预测准确率高达98.31%。结论本研究基于显微共聚焦拉曼光谱技术和机器学习算法,建立了一种可能适用于鉴定鼻咽癌循环肿瘤细胞的方法,可对鼻咽癌的临床微创诊断产生积极作用。

基于显微共聚焦拉曼光谱结合机器学习方法对粉底液的分类研究

为建立一种快速检验粉底液样品的方法,运用显微共聚焦拉曼光谱和机器学习对不同品牌、色号、价格的粉底液进行分类研究。首先将收集到的50个粉底液样品的拉曼光谱数据利用Savitzky-Golay平滑和归一化算法进行预处理;其次通过主成分分析法进行特征值提取,提取前2个主成分用于后续研究;采用K-Means聚类法将50个样品分成5类,系统聚类法验证分类结果;最后以40个样品为训练集,10个样品为测试集搭建支持向量机(SVM)分类模型。结果表明在Linear核函数下的SVM模型训练集和测试集的准确率可达90%。说明该方法能够实现区分粉底液品牌和价格自动化,为公安机关物证检验、定罪处罚提供新思路。

通过共聚焦显微拉曼光谱法研究三肽-1铜经皮吸收

通过共聚焦显微拉曼光谱法,检测受试者使用含三肽-1铜(Copper tripeptide-1,GHK-Cu)的面膜1 h后,皮肤深度0~27μm的拉曼光谱,分析GHK-Cu在人体皮肤内的经皮吸收。共聚焦拉曼光谱法检测结果表明,1570~1622 cm^(-1)处为GHK-Cu的特征信号峰,受试者使用含0.1%(质量分数)GHK-Cu的面膜1 h后,GHK-Cu在皮肤深处27μm处仍有吸收,且GHK-Cu在皮肤深度0~27μm处的经皮吸收相对总量为2.862(a.u.)。该研究结果可以为GHK-Cu作为活性成分在化妆品中的应用提供参考。

基于卡尔曼滤波算法的光谱共焦测量精度的提升方法

为减少待测物体位置变化时光谱系统受到的噪声干扰以及峰值定位误差,基于卡尔曼滤波算法原理,提出一种将Voigt寻峰定位的结果作为观测误差并进行最优估计来提升共焦系统测量精度的方法。先进行标定实验,确定光谱共焦系统的测量范围及精度;再依次对比中值滤波、Savitzky-Golay滤波以及快速傅里叶变换滤波等对光谱信号去噪的处理情况,并选用高斯、洛伦兹以及Voigt拟合等方法寻峰定位。同时,分析了Voigt拟合中的峰值提取、高斯宽度、洛伦兹宽度以及幅值误差对拟合精度的影响。实验结果表明,系统的测量范围可达3 mm,中心光斑半径增大了近1.79倍,采用卡尔曼滤波算法能够降低系统中的噪声引起的定位误差且系统精度能够提升11倍,满足高精度的测量需求。

基于共聚焦拉曼光谱技术检测茶叶中非法添加美术绿的研究

利用共聚焦拉曼光谱技术对茶叶中非法添加的重金属染料——美术绿进行检测研究。首先通过特定的浓缩方法,获取了五个浓度水平美术绿茶汤样本的拉曼光谱。通过比对标准品拉曼光谱,对混有美术绿的样本光谱进行了定性分析。并找到了能够用于定性鉴别茶叶中美术绿的4个主要拉曼特征波数,分别为1 341,1 451,1 527和1 593cm^(-1)。对原始拉曼光谱进行预处理后,融合反向间隔偏最小二乘(biPLS)、竞争性自适应重加权算法(CARS)和连续投影算法(SPA)对拉曼光谱中美术绿的特征波段进行深入挖掘,最终优选出了14个特征波数。基于这14个特征波数分别建立了偏最小二乘(PLS)回归模型和最小二乘支持向量机(LS-SVM)模型,结果表明,两类模型均具有好的稳健性和很高的预测能力,模型的建模集、验证集和预测集的决定系数(R^2)均超过了0.9,证明了所提取出来的特征波数的有效性。与偏最小二乘回归模型相比,基于LS-SVM的非线性定量检测模型的效果更佳,预测集决定系数(R^2)达到0.964,均方根误差(RMSE)为0.535。以上研究结果表明,共聚焦拉曼技术结合特定的样品处理方法及化学计量学方法,可以实现茶叶中非法添加美术绿的定量检测。该研究为茶叶中非法添加美术绿这一食品安全问题的有效监管提供了帮助。

不同品种牛乳脂质的共聚焦拉曼光谱指纹图谱

不同品种的乳脂肪球的组成成分不同,从而导致脂肪在乳中的存在形式和最终的乳品品质存在差异。利用拉曼光谱测定黑白花牛乳、水牛乳及牦牛乳中脂质球的脂质和脂肪酸成分,比较不同品种牛乳的脂质组成差异。结果显示,牦牛乳的2 885/2 850cm^(-1)比值较高,表明牦牛乳脂质球趋于形成结晶态脂肪球膜包裹流动态内核的结构。与黑白花牛乳相比,牦牛和水牛乳的1 655/1 443cm^(-1)比值较高,表明黑白花牛乳的脂肪酸不饱和程度低于其他两种牛乳;水牛乳小脂肪球的脂肪酸不饱和度高于牦牛乳,大脂肪球的则低于牦牛乳。综上可知,用牦牛乳分离而得的稀奶油较其他牛乳难熔化,搅拌耗时更长,但形成的黄油更柔软;而水牛乳由于脂肪球较大,适用于奶油的加工和脂肪球膜的分离。

激光共聚焦显微拉曼光谱仪校准程序

作为一种常规光谱测量技术,拉曼光谱仪应用广泛并具有特定的校准方法。主要面向激光共聚焦显微拉曼光谱仪,概括介绍了激光共聚焦显微拉曼光谱仪的测量原理、结构及主要组成部分,重点介绍了激光共聚焦显微拉曼光谱仪的校准项目和校准过程,重点是分光计(摄谱仪)校准和激光器激发波长校准。在传统校准方法的基础上提出了一种更准确、新的获得实际激发波长的方法,即在Δν=0处校准的方法。根据此新的激发波长校准方法测量单质硫的拉曼频移,并将硫的拉曼频移值与美国材料与试验协会(ASTM)值比较。结果表明此校准步骤正确,从而进一步提出了一种更为合理的激光共聚焦显微拉曼光谱仪的校准程序。

激光共聚焦拉曼光谱法检测潜在指纹上的太安

采用激光共聚焦拉曼光谱法检测潜在指纹上太安(PETN)颗粒。用手指蘸取PETN炸药粉末后在铝箔胶带表面按压,对指纹表面进行喷碳处理后,在激光共聚焦拉曼光谱仪上在白光条件下以10倍物镜采集指纹,再在激光条件下以50倍长焦物镜对指纹上4.0mm×4.0mm的区域进行成像,根据PETN的特征拉曼散射峰得到PETN颗粒在指纹上的分布信息。通过液相色谱-串联质谱法(LC-MS/MS)对试验结果的准确性进行了确认。

激光共聚焦拉曼光谱技术在烟火药检验中的应用

目的建立微量烟火药的无损检验方法。方法利用激光共聚焦拉曼光谱技术对烟火药进行检验。结果烟火药的不同组分具有不同的拉曼特征散射峰。结论利用激光共聚焦拉曼光谱技术可以对烟火药中的不同组分进行检验,通过成像技术可得到不同组分的分布信息,该方法具有检验灵敏度高、无需样品制备、无损检材等优点。

应用共聚焦拉曼光谱法对烟酰胺在人体皮肤角质层渗透性的研究

通过对受试者使用含烟酰胺成分的产品不同时间皮肤拉曼光谱的分析,检测烟酰胺在皮肤角质层中的渗透深度及渗透量,对烟酰胺在皮肤角质层内的透皮吸收性能进行评价,验证共聚焦拉曼光谱技术在成分透皮吸收领域应用的可行性。结果表明,烟酰胺的拉曼特征峰在不同基质中具有稳定性,含3%烟酰胺的膏霜涂抹于皮肤后,烟酰胺在皮肤中渗透量随着时间延长而增加,2 h后含量(AUC)约55520.06。从拉曼光谱及渗透量变化的定性和定量角度表明:含3%烟酰胺的膏霜涂抹于皮肤2 h后,烟酰胺渗透深度约为16μm。共聚焦拉曼光谱法在烟酰胺的渗透性研究中得到了有效的应用,其研究方法可为化妆品、药品等成分的经皮吸收提供方法参考。

白云鄂博碳酸岩脉的显微共聚焦激光拉曼光谱分析

白云鄂博矿区发育的脉状稀土碳酸岩,由于其结晶迅速,矿物颗粒细微,其中的微小矿物的鉴定一直是一个难题。应用显微共聚焦激光拉曼光谱仪则能较好地解决这一问题。研究表明,白云鄂博地区存在富稀土白云质岩浆碳酸岩脉,早期阶段形成碱性长石和铁白云石,无稀土矿化;铁白云石常常出溶铁质而自身则形成方解石。霓石和方解石形成略晚,常常与氟碳铈矿等稀土矿物共生,出现强烈的稀土矿化;而无解理的方解石则形成于更晚的岩浆期后热液阶段,发育大量的流体包裹体,并出现强烈的铌、稀土矿化。铌铁矿分布在氟碳铈矿中和赤铁矿边缘,为热液交代作用的产物。早期结晶的矿物如碱性长石、铁白云石稀土矿化弱,岩浆晚期分异出大量的流体相,稀土元素和Sr等进入岩浆热液中,并在热液结晶矿物中富集,甚至在非平衡结晶的石英中产生强烈的稀土矿化。结合岩相学显微观察,显微拉曼探针很好的揭示了这一地质过程。同时为白云鄂博矿床铌、稀土矿化的热液交代成因提供了依据。

基于共聚焦显微拉曼光谱的毛竹细胞结构和成分研究

采用共聚焦显微拉曼光谱对毛竹薄壁细胞、薄壁纤维过渡细胞和纤维细胞进行研究。通过构建偏最小二乘(PLS)定量区分模型来对这三种细胞中的差异进行分析,结果表明,该区分模型的建模和交互验证决定系数(R^2)分别为0.810和0.800,均方根误差(RMSE)分别为0.323和0.332。根据这一模型的回归系数,发现三种细胞的区别主要体现在1 095,1 319和1 636cm^(-1)三个波数,这三个波数分别为纤维素、半纤维素和木质素的指纹特征峰。以这三个波数为自变量建立多元线性回归(MLR)模型,该回归模型的建模和交互验证决定系数(R^2)分别为0.644和0.643,均方根误差(RMSE)分别为0.442和0.443,表明三种细胞在这三个波数处存在明显的差异。对小波变换基线消除后的拉曼光谱信号进行化学成像分析,结果显示,纤维素微纤维与纤维轴成一个很大的角度,这一结构有利于提高细胞的弹性模量和硬度。半纤维素和纤维素微纤维通过氢键相连,并在范德华力的作用下紧密地结合在一起,因此在拉曼化学成像中可以看到半纤维素和纤维素有相似的分布规律。三种细胞的细胞角和胞间层都高度的木质化,从细胞壁外层到内层木质化程度逐渐降低,表明细胞壁的木质化从细胞角和胞间层开始,且木质化程度并不完全。

共聚焦拉曼光谱法在β-熊果苷经皮渗透性研究中的应用

通过共聚焦拉曼光谱法在体研究了面霜中β-熊果苷在皮肤角质层中的渗透性,得到了使用产品不同时间后β-熊果苷在皮肤中的渗透深度和渗透量,为β-熊果苷等成分经皮渗透性研究提供新的无创在体检测方法。结果表明,5名受试者皮肤角质层厚度为(18.05±2.96)μm,受试者单次使用测试面霜15min及60min后β-熊果苷在角质层的渗透量随着时间的延长而逐渐增加,且随着渗透深度的增加而逐渐减少。共聚焦拉曼光谱法是一种在体检测方法,可无创、快速实现目标成分在皮肤中的检测,且能实现皮肤精准深度测量,为化妆品或药物中有效成分的渗透性研究提供新的检测手段。

拉曼光谱研究表面活性剂对皮肤刺激和皮肤防护的体内分子机制

为了更好地研究表面活性剂对皮肤损伤和皮肤防护的分子机制,需要研究人(内源性物质和结构)、物质(刺激物和抗刺激活性物)、以及人与物质的相互作用。然而,在人体上分子水平的机制研究报道很少。共聚焦拉曼光谱可以开展此类研究,因其可以在体、实时和非侵入式地测定角质层中的某些内源性或外源性物质,并分析角质层结构。文章以十二烷基硫酸钠(SDS)作为刺激剂,通过共聚焦拉曼光谱扫描志愿者前臂屈侧皮肤12μm深度内,定性和半定量地测量SDS经皮吸收的相对量和深度,以及SDS“入侵”时皮肤脂质相对含量和结构的变化。结果表明,SDS经皮吸收进入角质层,导致角质层脂质流失和脂质有序性降低。据报道刺激物的进入量和深度是影响皮肤刺激程度的两个主要因素,文章首次在人体上通过SDS给予证实;此外,文章首次发现SDS引起的人体皮肤屏障损伤的第三个因素,我们称之为“刺激传导网络”,即SDS对皮肤的损伤不仅局限于其所到之处,“刺激传导网络”可以将刺激损伤传递到SDS未到达的更深更远处。通过拉曼光谱对皮肤内部进行研究,并结合体外手段例如3D皮肤等,结果一致,进而提出了“现实世界发生的”SDS诱导皮肤损伤的分子学机制。根据该机制设计的表面活性剂拮抗剂简称ASF,数据显示,可以有效阻挡SDS的经皮吸收,进而有效阻止皮肤脂质流失和脂质有序性的降低,对皮肤屏障的保护效果很好,为表面活性剂在人体刺激机制以及保护机制提供进一步佐证。

显微共聚焦激光拉曼光谱技术鉴别假币上的光变油墨

目的尝试利用显微共聚焦激光拉曼光谱技术鉴别假币上的仿冒光变油墨。方法收集77张不同假币制造窝点不同印刷版型的假币,建立最佳实验条件,将所得谱图进行小波变换降噪、非对称最小二乘法基线扣除、数据归一化等一系列预处理,提取出每张假币上光变油墨所包含的拉曼位移峰信息。结果拉曼谱图中拉曼位移峰与色料成分有关,由此可将假币上的仿光变油墨分为三类:一类检出酞菁铜颜料,一类检出酞菁铜和钛菁绿两种颜料,一类则未检出拉曼位移峰。由于假币纸张选用的不同,造成拉曼谱图中部分拉曼位移及荧光背底的差异,故如果结合纸张影响,可将第一类假币票样分为五大类。结论显微共聚焦激光拉曼光谱技术不但可以通过拉曼位移的不同鉴别假币,且可根据拉曼位移及强度进一步推断造假手段的差异,为假币溯源提供依据。

共聚焦拉曼光谱研究ZnSO_4微液滴的风化过程

通过共聚焦拉曼原位光谱技术在分子水平上研究了沉积在聚四氟乙烯基底上的ZnSO4微液滴的风化过程。根据获得的高信噪比的Raman光谱,详细探讨了湿度降低时ZnSO4微液滴中Zn2+和SO24-离子的缔合行为,即经由单齿、双齿最终转化为复杂的链状或网状接触离子对。利用曲线拟合技术对其光谱的ν1-SO24-峰进行分峰,获得了不同湿度下ZnSO4微液滴中各组分的量化信息:高湿度时,液滴中主要包含自由的水合SO24-;随着湿度降低,自由SO42-逐渐向单齿、双齿接触离子对转化,并在湿度为66%和34%时分别达到其最大值;继续降低湿度,复杂的链状或网状接触离子对逐渐成为液滴中的主要成分。

不同产地酸枣仁切片的拉曼光谱检测及分析

利用拉曼光谱比较不同产地酸枣仁的主要成分组成及含量差异。以酸枣仁切片为研究对象,使用共聚焦显微拉曼光谱仪分析了四个不同产地的酸枣仁主要成分特征峰,得到酸枣仁拉曼光谱及拉曼一阶导数谱,并对其进行振动模式归属分析。不同产地酸枣仁在299,403,790,873,941,1084,1160,1237,1600 cm^(-1)附近处均出现明显的特征峰,不同产地酸枣仁有效成分的特征峰有一定差异,宁夏产地与山东产地的酸枣仁较河北产地与榆林产地皂苷类化合物特征峰弱;酸枣仁有效成分为皂苷类化合物、黄酮类化合物、碳水化合物;酸枣仁的一阶导数谱在237.8,375.9,844.7 cm^(-1)附近处出现尖锐的特征峰,分辨率更高,可以作为鉴定和识别酸枣仁的特征峰。拉曼光谱的特征峰可以作为鉴定和识别不同产地酸枣仁的手段,其结果可为酸枣仁的真伪鉴定及质量监测提供参考。

皮肤组织显微共聚焦拉曼光谱成像研究

显微共聚焦拉曼光谱成像技术(Confocal Raman Microspectroscopy Imaging,CRMI)能够对样品微区进行精确无损的拉曼光谱分析和光谱图像扫描,提供生物样品的无损高分辨光学信息。本项研究工作,利用CRMI技术实验获取了正常人体离体皮肤组织的拉曼光谱特征,并结合典型特征峰的扫描图像,探讨了脂类、蛋白质等成分在皮肤真皮层的分布特点。实验发现皮肤组织真皮层内胶原蛋白的拉曼特征峰1 248 cm-1强度及其空间分布尤为突出,这一实验结果与组织学中胶原纤维占真皮结缔组织95%的事实相符。实验结果显示,CRMI技术能够全面诠释生物组织内部生化组成与分布信息,在实验描述皮肤组织病理变化的分子生物学机制方面具有广阔的应用前景。

共聚焦拉曼光谱法对体内皮肤的分析研究

综述了体外皮肤分析技术的弊端。采用共聚焦拉曼光讲体内皮肤分析技术可以克服体外分析的缺点同时能满足化妆品市场评估角质层的需求。体内分析为皮肤研究开辟了新的领域。