外泌体（Exosome）是直径大小为30～150 nm的膜性囊泡, 包裹DNA/RNA, miRNA, 蛋白质和脂质等多种物质并参与微环境中的生物信息传递, 是理想的癌症生物标志物, 在液体活检领域具有重要的应用潜力, 有望成为癌症快速检测的手段之一。 表面增强拉曼光谱（SERS）是分子振动光谱, 可从分子水平上探测物质的精细结构和信息变化, 具有“指纹图谱”的特征。 采用差速离心结合超速离心的方法获得乳腺癌细胞来源的外泌体, 以金溶胶为增强基底, 收集外泌体及其母细胞的SERS图谱, 结合多元统计分析, 进行乳腺癌细胞的快速鉴别与区分。 研究结果表明, 乳腺癌细胞及其外泌体在500～1 600 cm-1波段范围内有特征拉曼信号, 采用非标记检测所获得的图谱信息是样品“whole-organism fingerprint”整体信号的呈现。 根据外泌体的拉曼表型并结合OPLS-DA分析, 能够100%分辨3种不同类型的乳腺癌细胞。 单细胞SERS检测联合PCA-LDA分析, 区分乳腺癌细胞的准确率为83.7%。 通过比较乳腺癌细胞及其外泌体的拉曼特征图谱发现, 二者在拉曼谱图的波数高度表现一致, 但是外泌体在特征波数上显著增强。 具体体现为在506～569、 1 010～1 070 cm-1等波段二者存在相似性, 但外泌体在735、 963和1 318 cm-1等处的特征信号显著高于细胞。 分析认为外泌体结构比细胞更为简单, 核酸、 蛋白质等生物大分子信息更容易被表征。 同时也提示了通过SERS检测外泌体实现快速鉴定乳腺癌的可行性。 采用非标记、 直接检测, 建立了快速检测单细胞及外泌体的SERS分析技术, 结合多元统计分析能够快速鉴别不同类型的乳腺癌细胞, 并从拉曼组学角度探究了外泌体与母源细胞的关系。 该方法具有非标记、 快速、 灵敏、 准确、 简便的优势, 为乳腺癌的体外快速诊断与筛查提供有效的技术手段, 为临床应用奠定基础。

老化粮食种子鉴别对农业生产和食品安全具有重要意义,因此,结合红外光谱和多元统计分析对人工老化小麦种子进行研究。实验结果表明,不同老化程度小麦种子的原始光谱总体比较相似。在二阶导数红外光谱中,人工老化小麦种子在1800~800 cm ^-1范围内的吸收峰强度和形状显示出差异。在1800~800 cm ^-1范围内,小麦种子二维相关红外光谱的自动峰数目、强度随老化时间的增加会发生明显变化。研究结果表明,红外光谱法结合主成分分析和系统聚类分析法可以快速、方便地区分人工老化小麦种子,有望发展为鉴别老化种子的新方法。

三维荧光光谱技术（3DEEM）因其方便迅速、 灵敏度高等一系列优点, 广泛应用于表征DOM。 在实际应用中, 3DEEM步骤较为繁琐, PARAFAC等方法相较于寻峰法虽然更加直观可靠, 但是往往需要借助MATLAB等数学软件, 因此该研究希望借助一种新的方法能够更加简便迅速地表征DOM。 以蘑菇湖水体DOM为例, 基于累积性发射光谱（AFEs）, 结合多元统计及二阶导数等方法, 对DOM各类荧光组分及含量进行表征。 利用主成分分析（PCA）对AFEs进行因子载荷分析, 并确定荧光峰的类型及其含量的差异; 通过二阶导数转换, 得到二阶导数AFEs; 通过对所有采样点二阶导数AFEs各荧光峰进行绝对面积积分, 分析DOM中各组分的含量及变化; 通过聚类分析, 分析不同点位组分的差异性或相似性。 研究表明, 通过AFEs得到5类荧光峰, 分别为类蛋白峰、 类富里酸峰、 陆源类腐殖酸峰以及腐殖酸峰。 基于AFEs及其对荧光强度之和的分析, 可以看出蘑菇湖水体中的DOM主要以不稳定、 易被降解的、 相对分子质量较小的类蛋白及富里酸为主, 腐殖化程度由滨湖区向深湖区递减。 基于AFEs得分图, 得到5类荧光峰, 且荧光峰中类蛋白及类富里酸峰占主导; 基于点位得分矩阵, 可以说明各点位之间的荧光组分存在差异。 二阶导数AFEs被分为5个荧光波段, DOM以相对质量较小的有机质为主, 腐殖化程度、 芳香度较小, 空间差异上不显著。 通过对荧光峰面积以及采样点进行聚类分析, 荧光峰被分为3类, 其中富里酸含量占比较大, 且岸边采样点和位于湖心区域的采样点之间存在差异。 综上研究显示, AFEs相对简单迅速, 能够代替3DEEM对DOM进行表征。 蘑菇湖水体DOM是以相对分子质量较小、 不稳定、 易被降解的类蛋白、 类富里酸物质为主, 总体上腐殖化程度及相对分子质量具有由滨湖区向深湖区递减的趋势, 但空间上差异性较小。

本文应用表面增强拉曼散射技术以纳米银溶胶作为基底直接对17种葱属植物的挥发性物质进行了检测,进一步用SERS谱图结合化学计量学多变量统计分析,对17种葱属植物进行鉴别分类研究,并提出一种基于SERS的快速、有效的挥发性物质筛选式葱属植物鉴别分类研究方法。对不同年份制作的纳米银溶胶进行了重现性测试,结果显示纳米银溶胶作为SERS基底对葱属植物的挥发性物质检测重现效果较好;对同一植物不同部位的挥发性物质进行检测,结果显示光谱峰位变化不大,只是个别峰的相对强度发生了变化;对17种葱属植物的挥发性物质进行检测,结果显示:17种葱属植物的挥发物的SERS光谱可分为三组,1-丙硫醇增强组、烯丙基甲基硫醚增强组、二烯丙基二硫增强组,说明纳米银溶胶对葱属植物的挥发物具有选择性增强效果;17种葱属植物挥发物的SERS谱结合聚类分析、因子分析、判别分析进行多变量统计分析,分析结果显示,样品能按三个不同增强组进行准确分类。实验结果表明,基于SERS的挥发物筛选式葱属植物鉴别分类研究方法可以为葱属植物分类研究提供参考信息。