Author Affiliations
Abstract
1 State Key Laboratory of Optoelectronic Materials and Technologies, School of Electronics and Information Technology, Sun Yat-sen University, Guangzhou 510275, China
2 School of Economics and Commerce, South China University of Technology, Guangzhou 510640, China
3 Laboratory of Biomedical Photonics & Engineering, School of Basic Medical Sciences, Guangxi Medical University, Nanning 530021, China
4 Department of Physics, East Carolina University, Greenville, North Carolina 27858-4353, USA
5 Life Science Institute and Laboratory of Biomedical Photonics & Engineering, Guangxi Medical University, Nanning 530021, China
We propose and demonstrate a polarization diversity two-dimensional grating coupler based on the lithium niobate on insulator platform, for the first time, to the best of our knowledge. The optimization design, performance characteristics, and fabrication tolerance of the two-dimensional grating coupler are thoroughly analyzed utilizing the three-dimensional finite-difference time-domain method. Experimentally, of coupling efficiency is achieved with 1 dB bandwidth of 64 nm. The polarization-dependent loss is about 0.4 dB around 1550 nm. Our work provides new polarization multiplexing approaches for the lithium niobate on insulator platform, paving the way for critical applications such as high-speed polarization multiplexed electro-optical modulators.
lithium niobate on insulator polarization diversity two-dimensional grating coupler Chinese Optics Letters
2021, 19(6): 060006
1 广西科学院生物物理实验室, 广西 南宁 530007
2 广西大学行健文理学院, 广西 南宁 530004
3 广西职业技术学院食品与生物技术系, 广西 南宁 530226
4 美国东卡罗来那大学物理系, 北卡罗来那州格林维尔 NC27858
应用拉曼光谱学结合奇异值分解方法在单细胞尺度上对杀虫贪铜菌(C. necator) H16 菌株在不同的氮源下合成聚β-羟基丁酸(PHB)的代谢动态进行分析。结果显示，硫酸铵是PHB 发酵的理想氮源，对应PHB 发酵速度、效率和产量在测试氮源中表现最好。奇异值分解结果显示，源自RNA、DNA、蛋白质和PHB 的拉曼峰是发酵的主要特征，随着发酵进程的延伸，菌体细胞差异、产物含量差别逐渐增大。分析PHB 产物快速合成过程，可见表征核酸、蛋白质和PHB 的782、1574、1660、1732 cm-1 等峰的强度变化活跃；不同氮源下，782 cm-1 峰与1660 cm-1 峰的强度呈正相关，而1660 cm-1 峰与1732 cm-1 峰的强度呈负相关。因此，不同氮源可能影响细胞的RNA 代谢和蛋白质代谢，从而间接影响PHB 的合成。拉曼光谱结合数据挖掘技术可以分析微生物发酵过程中的代谢信息，从分子光谱的角度为寻找最佳的发酵条件提供新的信息。
生物光学 拉曼光谱 奇异值分解 氮源 聚β-羟基丁酸 单细胞分析
1 广西师范大学物理科学与技术学院， 广西 桂林541004
2 广西科学院生物物理实验室， 广西 南宁530003
3 东卡罗莱纳大学物理系, 美国 北卡罗莱纳， 27858-4353
利用薄层层析色谱法分离红酵母色素， 结果显示， 红酵母细胞能合成至少三种色素， 即β-胡萝卜素、 红酵母红素、 圆酵母红素； 采集三种色素的拉曼光谱， 光谱数据经过背景扣除、 基线校正、 三点平滑等方法预处理， 统计不同色素的平均光谱， 结果表明三种色素的CC拉曼位移不同， 并且β-胡萝卜素的拉曼位移最多， 红酵母红素和圆酵母红素的含量较多； 定量分析色素特征峰高比值， 各色素峰高比值差异不大， 峰高比值能用作参数， 为深入研究活体细胞内色素的相对含量提供参考。 以上结果表明， 拉曼光谱法结合薄层层析能够分析红酵母色素， 可以提供红酵母色素的丰富信息， 是研究色素的有效方法。
拉曼光谱法 薄层层析 红酵母色素 拉曼峰高比值 Raman spectroscopy Thin layer chromatography Rhodotorula glutinis pigments Raman peak height ratio
1 广西大学农学院, 广西 南宁530004
2 广西科学院生物物理实验室, 广西 南宁530003
3 昆明理工大学生物工程技术研究中心, 云南 昆明650224
4 美国东卡罗莱纳大学物理系, Greenville, NC 27858-4353, USA
利用激光镊子拉曼系统(LTRS)测定了2, 6-吡啶二羧酸(DPA)及其钙盐(Ca-DPA)的固体(粉末与晶体)和水溶液及单个细菌芽孢的光谱并进行了对比分析。 不同物态的DPA及Ca-DPA的拉曼光谱有很大区别。分析导致光谱差异的结构上的原因可能有: (１)DPA晶体产生的散射要大于DPA粉末所产生的散射, DPA晶体的拉曼光谱所反映的DPA的特征信息比DPA粉末更为精确; (２)晶体状态的DPA及Ca-DPA中可能有水分子的存在, 其与水分子间的相互作用是很强; (３)钙离子的存在影响吡啶环两边的羧基, 从而使吡啶环产生一定的几何形变, 羧基中的羟基也受到破坏; (４)DPA与Ca-DPA溶液中主要存在的是DPA－2, 在Ca-DPA溶液中钙离子主要是对吡啶环结构的稳定性产生影响。 在测定单个杆菌芽孢内DPA的研究中发现, 芽孢体内的DPA是以Ca-DPA晶体的形式存在的。
激光镊子拉曼光谱 6-吡啶二羧酸 结构分析 Laser tweezers Raman spectroscopy 2 2 6-pyridine dicarboxylic acid Structure analysis
1 广西科学院生物物理实验室, 广西 南宁 530003
2 广西师范大学物理科学与技术学院, 广西 桂林 541004
3 东卡罗莱纳大学物理系, 美国 东卡罗莱纳 27858-4353
利用傅里叶变换红外光谱仪收集6个不同产地黄柏的红外光谱, 原始光谱经过多点基线校正、 五点平滑预处理后, 统计各个产地黄柏的平均光谱, 结果显示, 6个产地黄柏的平均红外光谱整体上相似； 在指纹特征区域1 800～500 cm-1, 选取经过归一化的红外光谱, 建立主成分分析鉴别模型。 建模结果表明, 三个主成分能代表98%的指纹区变量信息, 样本在主成分空间中聚集成为不同的类别, 基本实现不同产地黄柏的鉴别, 此外, 在一定程度上, 样本分布疏密度反映样本的亲缘关系。 提取模型的载荷因子, 分析显示, 6个产地黄柏的差异主要在蛋白质、 糖类、 脂类、 生物碱类、 黄柏甾醇类、 黄柏内酯、 黄柏酮、 黄柏酮酸八种物质成分上体现。 因此, 红外光谱结合主成分分析法可以快速、 无损地鉴别不同产地黄柏, 并且能反映不同产地黄柏物质成分含量的差异。
红外光谱法 黄柏 主成分分析 载荷因子分析 Infrared spectroscopy Cortex Phellodendri Principal component analysis Loading factor analysis 光谱学与光谱分析
2011, 31(5): 1258
1 广西师范大学物理科学与技术学院, 广西 桂林 541004
2 广西科学院生物物理实验室, 广西 南宁 530003
3 东卡罗莱纳大学物理系, 美国 东卡罗莱纳 27858-4353
利用拉曼镊子对红酵母合成类胡萝卜素进行分析, 考查氮源和碳源对类胡萝卜素产量的影响。 取发酵终点细胞, 一部分用于紫外光谱法测定, 另一部分用拉曼镊子检测。 原始光谱经过背景扣除、 基线校正等方法预处理, 定性分析不同培养基培养细胞的平均光谱, 类胡萝卜素的拉曼信号强度有明显不同; 紫外检测结果和拉曼峰高数据有良好的相关性, 拟合参数的相关系数分别达到0.907 8和0.912 1; 定量分析1 508 cm-1峰高表明适宜红酵母细胞生长和类胡萝卜素合成的氮源和碳源分别是酵母粉+胰蛋白胨、 葡萄糖。 以上结果说明, 拉曼镊子能提供红酵母胞内类胡萝卜素的含量信息, 是实时检测红酵母细胞类胡萝卜素合成和优化发酵培养基的有效工具。
类胡萝卜素 红酵母 拉曼光谱 激光镊子 Carotenoids Rhodotorula glutinis Raman spectroscopy Laser tweezers 光谱学与光谱分析
2011, 31(4): 1001
1 广西科学院生物物理实验室， 广西 南宁 530007
2 广西南宁中心血站， 广西 南宁 530003
3 东卡罗莱纳大学物理系， 北卡罗莱纳， 格林维尔， 27858-4353
应用拉曼光镊对人的单个血小板细胞(Plt)进行拉曼光谱收集与分析。拉曼信号显示，人类血液成分中，血小板的类胡萝卜素浓度最高。虽然类胡萝卜素在人类血小板中普遍存在，但是单个血小板之间差异极显著，且与血小板的脂类物质、蛋白质含量没有相关性。血小板激活过程引起蛋白质拉曼光谱的变化，而类胡萝卜素基本没有变化；常温（25 ℃）保存的血小板会导致类胡萝卜素光谱信号降低，脂类物质的相对拉曼信号强度基本没有变化，但经低温（4 ℃）12 d保存的血小板则相反。
光谱学 类胡萝卜素 拉曼光谱 血小板 单细胞分析
1 广西大学农学院, 广西 南宁530003
2 广西科学院生物物理实验室, 广西 南宁530003
3 广西大学生命科学与技术学院, 广西 南宁530003
4 昆明理工大学生物工程技术研究中心, 云南 昆明650224
5 美国东卡罗莱纳大学物理系, Greenville, NC 27858-4353, USA
应用激光镊子拉曼光谱技术(LTRS)测定19株芽孢杆菌的单个细菌芽孢吡啶二羧酸(DPA)浓度, 并验证了系统的重现性。 一束30 mW, 785 nm的近红外激光导入倒置显微镜, 形成光镊, 随机俘获水溶液中的单个芽孢, 同时收集其拉曼光谱信号。 细菌芽孢的DPA是以与钙离子形成的鳌合物(Ca-DPA)形式存在, 收集到的芽孢拉曼光谱信号反映的是Ca-DPA信息, 选用信号最强、 与Ca-DPA浓度成线性关系的1 017 cm-1作为其定量的谱峰。 通过1 017 cm-1的峰强, 推算出Ca-DPA的浓度。 结果显示, 单个芽孢的拉曼光谱能够很好地反映出单个芽孢的特征信息, 不同种、 同种不同菌株之间的芽孢的DPA浓度有所不同, 同一菌株的不同芽孢个体之间DPA浓度也存在差异。 该方法不需要复杂的分离、 纯化过程, 可在水溶液中直接俘获单个芽孢并收集其拉曼光谱信号, 便可得到单个芽孢的信息, 读出DPA的浓度水平。
拉曼光谱 吡啶二羧酸浓度 细菌芽孢 Raman spectrum Dipicolinic acid concentration Bacterial spores 光谱学与光谱分析
2010, 30(8): 2151
1 广西科学院 生物物理实验室，南宁 530003
2 广西师范大学 物理科学与技术学院，广西 桂林 541004
3 南宁中心血站，南宁 530003
4 美国东卡罗莱纳大学 物理系，Greenville,NC 27858-4353，USA
应用喇曼光镊系统结合气体循环供给装置，收集了不同氧合状态的单个红细胞的喇曼光谱，分析了激光功率对氧合状态分析的影响.选择氧合态和去氧态的对比及区分指标，并运用该指标分析了不同保存时间、不同健康状态红细胞的携氧能力.结果发现：较强功率的激光照射细胞会导致其亚铁血红素凝集特征峰1 248、1 371 cm－1升高；I1 638/I1 547比值是区分氧合态与去氧态的良好标志；经较长时间保存的红细胞氧合能力增强，但去氧能力没有显著变化；而α-地中海贫血HbH-CS患者的红细胞氧合能力比正常对照的强，但其去氧能力较差.从而表明喇曼光镊可以快速灵敏地分析红细胞的氧合能力，评价其携氧功能.
喇曼光谱 红细胞 携氧能力 单细胞分析 Raman spectroscopy Erythrocyte Oxygen carrying capacity Single-cell analysis
1 广西科学院生物物理实验室， 广西 南宁530003
2 东卡罗莱纳大学物理系， 美国 东卡罗莱纳27858-4353
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10 μg·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。
拉曼光谱 凋亡 胃癌细胞 顺铂 Raman spectroscopy Apoptosis Gastric cancer cells Cisplatin 光谱学与光谱分析
2009, 29(9): 2442
