同步辐射红外显微光谱技术及其应用

傅立叶变换红外显微光谱技术具有测量灵敏度高、微区分析和无损检测等优点,在材料学、医学、生物学等领域得到广泛的应用。由于常规红外光源的低亮度、低空间分辨率、得到的显微光谱信噪比差,限制了红外显微光谱技术的应用。同步红外辐射以其高亮度的特性成为傅立叶变换红外显微光谱技术的理想光源,将其分辨率提高到接近红外波长或衍射限,极大地提高了红外显微光谱的质量。

同步辐射红外显微光谱学和成像技术在分析化学中的应用

同步辐射红外显微光谱作为一种新兴的分析技术,一方面利用了红外光谱可以同时表征有机和/或无机、结晶和/或无定形样品的特点,另一方面充分发挥了同步辐射高亮度和高空间分辨率的特性,因此在对小样品或小样品区域的表征上具有传统红外光谱无法比拟的优势。经过20多年的发展,同步辐射红外显微光谱技术已被广泛地应用于多种分析化学领域并取得了丰硕的研究成果。本文总结了最近几年同步辐射红外显微光谱学和成像技术在文化遗产和考古学、地球和空间科学以及化学和高分子科学中的研究和应用进展。

同步辐射显微红外光谱研究6-OHDA诱导帕金森病大鼠海马

利用同步辐射红外显微光谱研究6-hydroxydopamine(6-OHDA)毁损内侧前脑束所致帕金森病大鼠脑海马区神经元的生物化学成分改变。研究样本为6-OHDA诱导的帕金森大鼠模型海马区神经元。与正常大鼠海马区神经元比较,PD大鼠样品在属于脂类的CH2反对称和对称伸缩振动的2 924和2 850cm-1的振动吸收积分面积以及在峰值位于1 736cm-1的伸缩振动吸收积分强度比正常大鼠都有增加,提示PD样品脂质含量升高,而在属于核酸的PO2反对称伸缩振动和对称伸缩振动的强度比正常大鼠样品下降,提示PD样品中核酸的含量比正常样品减少。蛋白质的振动没有发现异常。该研究表明帕金森病大鼠模型海马神经元存在生物化学成分改变,这种改变可能与神经元的病理改变密切相关。

同步辐射显微红外光谱研究6-OHDA诱导帕金森病细胞模型

神经毒素6-hydroxydopamine(6-OHDA)处理的人神经瘤母细胞系SH-SY5Y是一种经典的帕金森病细胞模型。利用同步辐射红外显微光谱研究6-OHDA处理的SH-SY5Y细胞系的生物化学成分。与正常细胞相比较,所含磷脂的平均饱和水平显著提高,蛋白质的二级结构发生显著变化,其中的β-sheet的比例明显增高,核酸的含量明显下降,提示神经毒素6-OHDA对细胞造成了严重的氧化损伤。同步辐射红外显微光谱能够精确有效的检测到细胞生化成分的改变,从而对细胞的病理损伤进行评估。

癫痫大鼠海马神经元生化分子的同步辐射显微红外光谱成像研究

癫痫是影响所有年龄段的慢性脑功能障碍,主要特征为整个或局部脑区神经元异常同步化高频群集动作电位发放。利用神经毒素海人藻酸(KA)立体定位注射入大鼠海马,诱导大鼠产生癫痫持续状态,建立颞叶癫痫大鼠模型。应用同步辐射显微光谱和同步辐射显微光谱成像分析癫痫持续状态发作后24小时的颞叶癫痫大鼠海马角(CA)1区神经元生物化学分子的胞内浓度和分布是否改变。结果显示反映蛋白质二级结构的酰胺Ⅰ在1 655cm-1的振动频率和属于脂类功能集团的2 800～3 000cm-1振动频率,在正常对照大鼠海马CA1神经元胞体内呈高浓度分布,但在癫痫大鼠海马CA1神经元胞体,反映蛋白质二级内呈低浓度分布,并且以细胞核分布浓度最低,但在神经元胞体外围分布浓度相对较高。属于核酸集团的1 055～1 054cm-1 PO2反对称拉伸振动在正常和癫痫大鼠海马CA1神经元胞体内分布趋势没有差异,都在胞体内呈高浓度分布,尤其在细胞核分布浓度最高。对属于酰胺Ⅰ的吸收频率进行二级导数分析显示癫痫海马神经元的酰胺Ⅰ相对于正常对照多出1个1 653cm-1附近的负峰。以上结果提示在发生癫痫持续发作后海马神经元生物化学分子的细胞分布会出现变化。

人体胆汁及胆囊癌组织的同步辐射显微红外光谱研究

同步辐射红外光源的亮度是普通光源的100~1 000倍,在测试微小样品时具有更高的空间分辨率和信噪比。本文利用同步辐射显微红外比较了患有良性和恶性肿瘤病人的胆汁样品,在测试过程中将新鲜胆汁滴在基片上,能无损测试样品。通过比较发现患良性肿瘤病人的胆汁样品中具有更高含量的脂类,而患恶性肿瘤病人的胆汁样品则含有较高含量的磷酸脂,且两者含有的胆红素和蛋白质在组成和结构上有较大的差异。同时,利用同步辐射显微红外对患胆囊癌病人的癌症组织和癌旁组织进行微区成像,并且利用层次聚类分析可知,癌症组织比癌旁组织具有更高的脂质含量。

疼痛相关神经肽Substance P改变肿瘤细胞组分的同步辐射显微红外光谱成像研究

疼痛是肿瘤患者最常见的症状之一,长期以来,临床肿瘤治疗过程中对于疼痛症状的控制仍然不能得到足够的重视。疼痛促进肿瘤的作用机制也尚未得到全面的解析。Substance P(SP)作为介导疼痛的神经肽在癌痛患者血清中高表达。通过同步辐射显微红外光谱成像对SP刺激后的肿瘤细胞进行红外光谱采集分析,以期揭示疼痛促进肿瘤的可能机制。结果显示在乳腺癌细胞系MDA-MB-231, MCF-7及肺癌细胞系A549, SPCA-1中,反映蛋白质二级结构的酰胺Ⅰ在1 655 cm^-1附近的吸收峰发生蓝移,说明SP刺激肿瘤细胞可能引起肿瘤细胞蛋白质二级结构的改变。在MDA-MB-231和A549细胞系中,光谱1 500~1 600 cm^-1波段和1 600~1 700 cm^-1中酰胺Ⅰ吸收峰和酰胺Ⅱ吸收峰也显著下降,说明在这两种细胞系中,肿瘤细胞的蛋白质表达也出现明显降低。A549细胞系中,光谱1 070~1 090cm^-1区段和1 230~1 250cm^-1中磷酸二酯基团的正反伸缩振动峰位蓝移,表明疼痛介质SP刺激A549细胞系还影响了该细胞系核酸的结构,提示SP可能引起肿瘤细胞抑癌基因的损伤及癌基因的激活。同步辐射显微红外光谱通过对单一肿瘤细胞的光谱成像分析,揭示了持续性疼痛症状通过神经递质的释放影响肿瘤细胞的生物学活性,可能是通过改变肿瘤细胞内蛋白质及核酸的结构实现的。光谱学结果显示,疼痛等不良症状的存在,疼痛相关物质的释放可能影响肿瘤细胞内蛋白质结构和表达及肿瘤细胞核酸变化,对肿瘤的治疗产生不利影响。提示在临床肿瘤治疗过程中,不仅需要重视对肿瘤细胞的杀灭,更需重视对周边症状的对症控制。

红外显微光谱法和扫描电镜/X射能谱法在油漆分析中的研究

汽车油漆是道路交通事故案中重要的物证信息之一,对现场收集的油漆物证进行比对检验检测,对事故的调查和认定提供了有力的科学依据。本文对油漆事故认定中的物证进行红外显微光谱和扫描电镜/X射线能谱联合分析,其中红外显微光谱法可以对事故现场收集的物证和嫌疑车辆样本进行红外光谱特征吸收峰和官能团比对分析,可以分析油漆的有机成分和种类;扫描电镜/X射线能谱法可以对事故现场收集的物证和嫌疑车辆样本的显微形态和无机元素成分进行比对。通过对实际案例中的样品分析,详细说明了红外显微光谱法和扫描电镜/X射线能谱法在物证分析中的优势。实验结果表明,红外显微光谱和扫描电镜/X射线能谱联合分析,可以对油漆物证进行快速、微量、无损检测,在目前油漆物证的分析研究中有着十分重要的优势。

聚合物核壳结构微球的同步辐射显微表征研究

针对聚合物核壳结构微球的结构特点,引入了同步辐射显微技术对微球的结构和组分进行了初步研究.利用同步辐射X射线显微成像技术对微球的内部形貌进行了表征,观测到壳层内壁大多呈光滑的圆弧,也有局部由若干个小圆弧连接组成;利用同步辐射红外显微光谱法对核内物质的组分进行了研究,结合X射线显微成像技术观察到的微球壳层内壁的高吸收现象,初步验证了微球内铁离子在辐照下被还原的化学反应过程,表明了利用聚合物核壳结构微球来开展化学反应研究是可行的.

NFPS/上海光源BL01B同步辐射红外谱学线站的应用综述

同步辐射(Synchrotron Radiation,SR)红外光具有亮度高、光谱范围宽等优异的性质。基于上海同步辐射光源(Shanghai Synchrotron Radiation Facility,SSRF)建设的国家蛋白质科学研究(上海)设施(National Facility for Protein Science,NFPS)BL01B红外线站可进行高分辨的傅里叶变换红外(FTIR)显微研究,空间分辨率可达衍射极限。自2015年红外线站正式开放以来,来自多个领域的课题组与红外线站合作做出了诸多创新性的重要成果。本综述将对近三年内BL01B红外线站的用户应用成果进行介绍,并对同步辐射傅里叶变换红外光谱(SR-FTIR)技术的发展和应用进行讨论。这些应用涉及材料科学、环境科学、药物科学、细胞生物学和高压科学等领域。

同步辐射红外光源和NSRL红外光束线站

本文介绍了同步辐射红外辐射的基本特征及其最新进展,以及国家同步辐射实验室红外光束线和实验站改造的设计、性能和科学研究方向。国家同步辐射实验室原红外光束线和实验站主要是针对中红外波段的谱学研究,未能发挥同步辐射红外光源的优势,随着同步辐射红外光源在显微和远红外谱学方面应用的快速发展,为了满足红外谱学和成像研究的需要,我们对光束线光学元件参数重新进行模拟计算和优化设计,将光束线光谱范围扩展到约10cm?1,同时建立了新的红外光谱和显微实验站。对线站性能的测试结果显示同步辐射红外辐射具有明显的亮度优势,为开展同步辐射显微谱学和成像研究提供了一个有力的工具。

傅立叶变换红外显微光谱技术及其在高性能纤维研究中的应用

介绍了傅立叶变换红外显微光谱技术的历史、现状及其主要分析技术。通过具体的实例,分析了该技术在高性能纤维研究中的应用情况。

现场显微红外光谱电化学技术及超微铂盘电极上的反射吸收光谱测定

本文阐述了一种新的光谱电化学技术——现场显微红外光谱电化学法的反射式方法的技术特点和优势,报告了一种适于水溶剂和非水溶剂的反射式现场显微红外光谱电化学池的设计,并首次在25um直径的超微铂盘工作电极上,对Fe(CN)_6^(4-)/FE(CN)_6^(3-)进行了现场显微红外光谱电化学的测量。

大鼠脑组织切片的显微反射红外光谱

用电镀法在ITO导电玻璃上制得Co—Ni—Cu金属合金膜,将其用作红外显微反射吸收样品的载玻片,研究了大鼠脑组织切片的化学成分。结果显示:该合金镀层具有较高的反射率,当大鼠脑组织切片在4μm时可得到脑组织中脂类,蛋白质类和磷酸酯类物质的的红外光谱信息。其中在1 740和1 718cm-1处的吸收峰为脂类的特征峰;1 648和1 544cm-1的为酰胺Ⅰ带和酰胺Ⅱ的特征峰;1 234和1 070cm-1为磷酸酯的特征峰。谱图还显示大鼠脑干中的磷酸酯含量高于小脑中的含量。与显微衰减全反射模式相比,反射吸收模式所测得的红外光谱谱峰信号更强。而且,该方法不接触样品,对样品无污染,是真正意义上的无损无接触测量。

显微红外光谱技术及其在法庭科学中的应用

显微红外光谱技术包括高压金刚石池、红外显微镜与傅里叶变换红外光谱仪的联用技术,显微红外光谱技术可用于快速测定微量物质的高质量红外光谱。

同步辐射红外谱学显微光束线站的空间分辨率测试

同步辐射红外光源具有宽光谱范围、高准直性、高亮度等特点。相比于传统的红外热光源,同步辐射红外光源的尺寸非常小,空间分辨率可达到衍射极限。为了得到准确的空间分辨率信息,对上海光源BL01B1红外谱学显微光束线站的空间分辨率进行了测试。使用刀片法和鉴别率板对上海光源BL01B1红外谱学显微光束线站水平和垂直方向的空间分辨率进行了详细测量,两种测试方法的结果都表明在所测的中红外波段,同步辐射红外谱学显微技术的空间分辨率达到衍射极限,与理论值十分符合。

FTIR显微红外光谱结合化学计量学在烧死鉴定中的研究

目的采用傅里叶变换红外(Fourier transform infrared,FTIR)显微光谱技术分析烧死者支气管上皮生化成分变化,为烧死案件鉴定提供辅助手段。方法采用10例烧死和20例非烧死案例,使用与红外显微镜联合的傅里叶变换红外光谱仪检测肺支气管上皮组织。对得到的红外光谱进行主成分分析和偏最小二乘判别分析。结果与对照组相比,烧死组支气管上皮细胞含有更多的β-转角和β-折叠以及更少的α-螺旋蛋白二级结构。构建的PLS-DA分类模型用于识别烧死,表现出优异的分类能力,准确率达到100%。结论红外光谱结合化学计量学方法可作为烧死死后诊断的补充手段。

显微红外光谱技术的发展及应用

文中对显微红外光谱技术(IRMS)在近年中(1994-2009)的发展和应用作了评述。主要涉及内容有:IRMS法的特点,IRMS仪器的常规附件在微量分析等方面的应用,电化学原位扫描显微红外反射光谱的原理及应用,IRMS在药理学方面的应用以及IRMS在刑事侦破化学方面的应用等。(引述文献36篇)

同步辐射显微红外光谱法应用于杜仲的研究

同步辐射显微红外光谱具有高亮度、高信噪比等优势.应用同步辐射显微红外光谱对于中药进行研究,可以进行微区分析,从而更加深入了解中药的组成.应用同步辐射显微红外光谱对于杜仲的冰冻切片进行研究,采集不同微区的一系列红外光谱;同时对选定区域进行化学成像,进一步研究该区域中化学组成的分布,从而对于杜仲红外光谱中各个峰的归属有深入的了解.研究结果表明同步辐射显微红外光谱是研究杜仲化学成分的有效工具,可以进一步应用于中药的研究中.

红外光谱在微藻领域的应用研究进展

微藻富含类胡萝卜素、维生素、蛋白质、多不饱和脂肪酸等多种人体和动物所必需的营养成分,同时在水生态系统的维持和保护中也扮演着重要的角色,因此开展微藻生物学的研究具有十分重要的实际应用价值。传统的微藻成分的检测分析需要经过微藻细胞研磨破碎、有机溶剂分离提取、液(气)相检测等一系列的繁琐的操作步骤,有费时、需要高昂的仪器设备、操作过程复杂等缺点,因此需要发展更加快速高效的微藻细胞组分检测分析技术。红外光谱作为一种高效的物质检测和分析手段可以实现对微藻样品中的蛋白、脂类、核酸、多糖、叶绿素、类胡萝卜素等多种成分同时分析,具有简单、快速和无损检测等优势,特别是结合显微镜技术的红外光谱成像可以在微空间尺度上研究单一细胞或组织中各组分的变化。近年来,尤其是随着同步辐射技术的迅速发展,为红外光谱仪器提供质量更好、能量更高的同步辐射光源,使得红外光谱显微光谱及成像检测技术具有更高的灵敏度和空间分辨率,实现了能够在细胞和亚细胞尺度上对个体进行高空间分辨的原位观测,这在一定程度上解决了许多常规的检测分析技术不能同时兼顾高通量测量和高空间分辨率观察之间的矛盾。首先介绍了红外光谱技术的原理及其特点并分析了显微红外光谱及成像技术在生物样品检测中的独特优势,特别介绍红外光谱结合化学计量学的分析方法在生物学研究领域的应用。接下来综述了此项技术在分类鉴定、生长代谢监测、育种、水环境、食品医药等与微藻相关领域国内外的应用研究进展。比如,结合化学计量学方法红外光谱能够进行微藻的快速鉴定、判别和分类。利用红外光谱多组分快速检测的优势,可以实现微藻生长代谢的研究。基于红外光谱无损、高效检测的特点,可以实现油脂、β-胡萝卜素、虾青素等高产藻株的快速筛选。另外,微藻还可以有效地吸附废水中的重金属和有机活性染料,利用红外光谱可以对其吸附和降解环境污染物的机理进行研究。红外光谱还能够快速高效地实现微藻成分的分析和鉴定,因而可以用于微藻食品药品质量的检测和真伪的鉴定。然而,红外光谱在微藻的研究和应用方面还处于发展阶段,尚存在着一定的缺点和不足,对此进行了讨论和分析并提供了相应的解决方案。最后,对红外光谱在微藻的规模化养殖、高产藻株的筛选、微藻的生理、细胞器的结构和功能的研究等领域进行了展望。