全球成年男性的精子质量呈明显下降趋势。精子质量下降与男性不育虽并非线性关系，但显然与低生育力密切相关。辅助生殖技术针对不育男性精子水平低、形态和运动活力异常等常见问题，通过评估和筛选优质精子，提供了解决男性不育问题的主要技术方案。现有临床研究局限于精子形貌和活力等特征参数的筛选，缺乏针对精子DNA损伤情况的无损评筛手段。本文首先介绍了精子无损评筛技术在辅助生殖领域男科的应用需求以及显微拉曼光谱技术的基本原理，继而对基于拉曼光谱技术的精子研究进行了综述，综合分析探讨了精子的拉曼光谱检测和光谱特征，聚焦精子DNA损伤的拉曼光谱响应问题，最后讨论和展望了精子无损评筛技术的发展前景。

TeO2非共线声光可调滤波器（AOTF）是一种优良的电调谐分光器件, 具有体积小巧、 稳定性高、 调谐快速、 可实现便携等优点, 在超光谱成像领域具有很高的应用价值。 通过非共线AOTF与光学倒置显微镜有机结合, 建立了声光滤波超光谱显微成像系统； 在可见光范围内, 开展了人体皮肤鳞状细胞癌组织的超光谱显微成像实验研究, 获得了一系列不同衍射光中心波长下的皮肤鳞状细胞癌组织的光谱和对应的显微图像。 系统性能检测实验结果显示, 在超声频率为110～180 MHz范围内的衍射光带宽仅为1.28～2.84 nm, 表明本研究中的AOTF具有很高的光谱分辨率, 达到102个光谱通道量级, 完全可以满足超光谱显微成像对生物组织结构进行精确识别的需要。 本系统采用高质量的TeO2晶体、 双胶合透镜以及优化的射频驱动源, 有效地抑制了衍射光光谱的旁瓣。 分析了超声频率与衍射光中心波长的调谐关系, 以及超声频率与对应衍射光谱带宽的关系曲线, 实验结果与理论计算结果有着较好的一致性。 系统实验获得的皮肤鳞状细胞癌组织显微图像随光波长漂移不显著, 表明超光谱成像系统的图像稳定性高。 通过对比, 分析了不同中心衍射光下的皮肤鳞状细胞癌组织显微图像的清晰度随光波长的变化规律, 在522.52 nm时, 皮肤鳞状细胞癌组织内部各精细结构区分明显, 图像最为清晰。 通过定义透射差异系数, 分析了图像整体亮度曲线和透射差异系数随光波长变化曲线, 其变化规律与直观观察结果相符合； 对皮肤鳞状细胞癌组织图像进行了边缘提取分析, 得出在497.87～551.29 nm内, 可在整体视野较为明亮的情况下对皮肤鳞状细胞癌组织进行观察和研究, 在509.69～527.59 nm范围内, 组织边缘明亮清晰且完整, 是进行皮肤鳞状细胞癌组织结构精确识别与分析的最佳窗口。 该研究为人体皮肤鳞状细胞癌组织结构简便、 灵活、 快速地检测与识别提供了一种新方法。

本文简要介绍了表面增强拉曼散射(SERS)的拉曼信号增强原理, 常规SERS增强基底的研究应用进展; 同时介绍了疏水性基底的定义及优势, 并重点综述了疏水性SERS基底的分类及研究应用的进展; 最后展望了疏水性SERS基底的研究方向和发展趋势。疏水性SERS基底的发展将有望为今后开展面向超低浓度的生化物质检测以及基于人体体液的疾病的灵敏、客观检测诊断提供新方法和新思路。

基于光学成像与光谱技术的无损检测是生物医学光学交叉领域研究的重要发展方向。 其中拉曼光谱技术可获得检测对象的生化成分的“指纹信息”, 被广泛应用于面向生物分子, 细胞以及生物组织的检测诊断研究。 甲状腺疾病尤其肿瘤的临床检测往往涉及多方法和技术手段的结合, 且存在一定的诊断难度, 因此发展新的检测技术方法具有重要的意义。 首先综述了拉曼光谱技术在甲状腺细胞系的单细胞拉曼光谱检测与分析, 然后介绍甲状腺病理组织和甲状腺正常组织的拉曼光谱鉴别诊断（特别介绍了本研究小组开展以银纳米粒子为增强基底的甲状腺离体组织SERS光谱研究情况）, 以及拉曼光谱技术在甲状腺激素等方面的研究概况。 最后简要探讨了拉曼光谱技术在该领域的研究应用前景和发展方向。

拉曼光谱通过记录光与物质作用时频率的改变, 进而获得物质分子振动、 转动信息, 从而实现物质分子结构及其变化的检测。 相比于常规生化检测分析方法, 拉曼光谱技术具有无损、 非标记检测及对检测样品要求低等优点。 拉曼光谱技术已广泛应用于生物医学领域的研究, 如人体组织、 器官、 细胞以及人体体液的各种疾病诊断、 检测研究。 本文主要综述了拉曼光谱技术在人体精液的研究进展, 首先介绍了拉曼光谱技术(包含表面增强拉曼光谱)在法医学领域针对精液整体开展的研究及相关的数据处理方法, 然后重点介绍拉曼光谱在男性生殖生育方面的研究, 即分别介绍了可客观反映精液质量及男性生殖生育能力的基于精液(精浆)拉曼光谱的定性和定量检测分析; 另外, 介绍了基于显微拉曼光谱技术开展的单精子水平的精子质量的刻画和评估, 以及目前研究初步获得的有望用于优质精子判别的拉曼光谱标记指标, 最后展望了拉曼光谱技术在生殖生育领域的应用发展前景。

本文介绍浸泡法制备基于滤纸的SERS基底,并分析滤纸SERS基底表面银纳米粒子(AgNP)的分布与浸泡时间的关系。以精浆为检测对象,相比于514 nm波长激发，785 nm激发可获得更好的光谱数据，同时还比较了该波长激发下精浆的常规拉曼光谱与SERS光谱。更为重要的是,通过采用精浆中654 cm-1谱峰强度评估不同浸泡时间下(6 h,12 h,24 h)滤纸SERS基底的增强性能和测量结果的重复性。实验结果表明,12 h浸泡获得的滤纸SERS基底表面具有均匀的AgNP分布,在785 nm波长激发下,纸基SERS基底可提供增强效果及光谱重复性俱佳的精浆SERS光谱。

本文采用微波快速加热法, 利用柠檬酸钠还原氯金酸的原理, 成功还原出粒径从10nm到60nm的酒红色金溶胶。我们用此加热法对比不同加热时间以及不同还原剂的用量条件下制备出的多种粒径金溶胶, 并用吸收光谱、透射电镜和拉曼光谱对其SERS活性进行表征, 选择R6G、4-MBA和结晶紫作为探针分子对其进行SERS活性研究。结果表明, 随着加热时间或还原剂量的增加, 金纳米粒子的粒径会逐渐减小, 在适宜加热时间与还原剂用量的条件下所制备的纳米金溶胶稳定性较好, 将其浓缩后是一种非常有效的SERS活性基底。微波加热方法简单、价格低廉, 此种胶体可作为理想的SERS活性基底进行批量制备与应用。

SERS光谱技术具有高检测灵敏度和高特异性的优点, 广泛应用于生物组织, 细胞及生物分子的研究, 表现出极大的应用潜力。本文首先介绍了拉曼及SERS光谱技术的原理, 综述了SERS光谱技术在人体体液分析检测的研究概况, 特别介绍了本课题组针对血液、精液、尿液开展的研究工作, 最后简要讨论SERS光谱技术的发展前景。

拉曼光谱技术在生命科学领域已取得较为广泛的研究与应用, 如何从低信噪比、质量差的拉曼光谱信号提取并充分利用谱图中所含信息, 对光谱后续分析、样品的归类等至关重要。本文首先明确了生物组织拉曼光谱统计分析中几个重要的概念, 进而对拉曼光谱数据的预处理, 光谱分析研究中较为常用的几种多元统计方法进行了归纳、对比与分析。

鼻咽细胞的双光子显微图像中含有着丰富信息, 借助计算机和图像处理算法可进行分析处理。图象分割是双光子显微图象处理中的一项重要技术, 至今为止尚未形成一个最佳通用方法, 也没有定义出双光子显微图象分割的统一标准。本文首先采用噪声干扰法进行去噪, 采用低帽的变换等的数学形态学来增强鼻咽癌细胞图像, 使细胞更加容易分辨, 接着对几种经典边缘检测算法进行讨论比较, 紧接着根据鼻咽双光子显微图像的实际特征, 采取腐蚀算法求出鼻咽癌细胞边缘。然后进行区域生长定位细胞, 并采用一些改进的判别分析算法和区域面积算法对鼻咽癌细胞进行阈值分割, 获得较好结果。