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。

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1 655 cm-1的振动频率和属于脂类功能集团的2 800～3 000 cm-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1 055～1 054 cm-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1 653 cm-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。

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。

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2 850 cm-1的振动吸收积分面积以及在峰值位于1 736 cm-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。

国家同步辐射实验室光谱辐射标准和计量光束线(U27)的SGM分支是专门为光学元件性能测试和探测器定标而建造的.为了能够精确测量光学元件在极紫外和软X射线波段的性能,必须充分抑制高次谐波提高光谱纯度.对于已经建成的光束线,要改变光学设计和现有结构来抑制高次谐波是困难的,最简单且有效的方法是用不同材料的滤片来抑制不同波段的高次谐波.为了研究高次谐波的抑制效果,可将840 1/mm透射光栅放在U27光束线SGM分支的出射狭缝后面色散出射光,用探测器做角度扫描记录下信号强度曲线,然后分析得到高次谐波的含量和分布.本文分别研究了不同厚度的Al(200、400和600 nm)、Si3N4/Mo/Si,Si3N4/Mo/Si/Mo/Si多层膜滤片(100/50/200 nm,100/50/150/150/250 nm)和Al/Mg/Al滤片对13～43 nm光谱高次谐波的抑制效果.研究结果显示,400 nm厚的Al滤片适合于17～33 nm光谱高次谐波的抑制,在保证探测器信号强度的条件下,高次谐波信号强度占探测器信号强度的比例＜2%,经探测器量子效率修正后,高次谐波比例＜0.6%.Si3N4/Mo/Si/Mo/Si多层膜滤片可以有效地抑制13～19 nm的高次谐波,Al/Mg/Al滤片对30～43 nm的高次谐波有很好的抑制作用.这一结果为光学元件的透射率、反射率和探测器精确定标奠定了基础.

采用自制的840/mm金膜自支撑透射光栅和美国IRD公司的AXUV100G光电二极管探测器,定量研究了光谱辐射标准和计量光束线在5～140 nm波段的高次谐波.研究了Al、Si3N4和Zr滤片在不同能量范围对高次谐波的抑制作用,给出了实验数据和曲线.实验结果显示:在5～15 nm波段,不用任何滤片高次谐波的信号强度＜7%;在5～34 nm波段,适当的选用Al、Si3N4和Zr滤片可有效地抑制高次谐波,将高次谐波占基波的积分信号强度比例控制在＜14%,经探测器的量子效率修正后高次谐波的百分比在6.5%以内.在经过MgF2窗滤波的115～140 nm波段,高次谐波的衍射峰几乎完全被抑制.这一研究为软X射线和极紫外的光谱计量、探测器定标和光学元件性能测试奠定了基础.

利用840 l/mm的金膜透射光栅分光和AXUVl00G光电二极管(PD)探测器研究了不同厚度的Al滤片对光谱辐射标准和计量线(U27)球面光栅单色器(SGM)分支17～33nm波段高次谐波的抑制情况.结果表明,A1滤片厚为400nm时,在17～33 nm波段有较好的抑制效果且能保证探测器的信号强度,高次谐波信号强度分量小于2%.经过探测器量子效率修正后,高次谐波分量小于0.6%,这对多层膜反射率的定标及探测器定标有着重要的意义.