Red blood cells (RBCs) are able to interact and communicate with endothelial cells (ECs). Under some pathological or even normal conditions, the adhesion of RBCs to the endothelium can be observed. Presently, the mechanisms and many aspects of the interaction between RBCs and ECs are not fully understood. In this work, we considered the interaction of single RBCs with single ECs in vitro aiming to quantitatively determine the force of this interaction using laser tweezers. Measurements were performed under different concentrations of proaggregant macromolecules and in the presence or absence of tumor necrosis factor (TNF-α) activating the ECs. We have shown that the strength of interaction depends on the concentration of fibrinogen or dextran proaggregant macromolecules in the environment. A nonlinear increase in the force of cells interaction (from 0.4 pN to 21 pN) was observed along with an increase in the fibrinogen concentration (from 3 mg/mL to 9 mg/mL) in blood plasma, as well as with the addition of dextran macromolecules (from 10 mg/mL to 60 mg/mL). Dextran with a higher molecular mass (500 kDa) enhances the adhesion of RBCs to ECs greater compared to the dextran with a lower molecular mass (70 kDa). With the preliminary activation of ECs with TNF-α, the force of interaction increases. Also, the adhesion of echinocytes to EC compared to discocytes is significantly higher. These results may help to better understand the process of interaction between RBCs and ECs.

血红蛋白氧合与脱氧的周期循环在体内驱动红细胞结构与功能调节中发挥着重要作用, 已引起广泛关注; 但是对体外培养的红细胞在单个活态水平上进行携氧功能随孵育时间动态变化研究未见报道。 本研究应用显微激光共聚焦拉曼散射技术, 采集不同时间的活态红细胞拉曼光谱, 分析表征血红蛋白携氧能力特征峰(1 636和1 562 cm-1)和构象敏感的酰胺Ⅲ谱带(1 240～1 300 cm-1)随时间变化规律; 同时结合扫描电镜观察相应RBC形态。 结果发现, 在0～24 h内, 结构稳定、 变构协同功能正常的血红蛋白发生着携氧量增加与减少和构象R态与T态交替变化, 与此同时扫描电镜下双凹圆盘型红细胞也发生“伸长”与“收缩”交替变化。 本结论不仅为体外研究红细胞携氧功能提供来自单个活细胞内的多水平特征参数, 同时也为体外开展针对红细胞筛选活性组分、 评价药物药效和毒副作用研究开拓思路。

为了研究稳恒磁场对离体血红细胞的活性衰变产生的影响，采用非接触、无损伤的光镊技术进行了实验与分析。光镊中的高斯激光光束作用使红细胞发生形变，待细胞稳定后切断光路，得到形变血红细胞的相对形变量值，该量值大小与红细胞活性相关;对比了正常离体血液与静置于稳恒磁场中的红细胞活性衰变规律。结果表明，0.20T稳恒磁场可以提高红细胞的变形能力，增强红细胞的活性；同时加速了细胞体内能量的消耗，因离体环境没有能量的补充，能量的消耗加速了红细胞的衰老。这一结果为磁场对细胞的活性影响和动力学分析提供了一些参考。

为了快速、准确地再现球面参考光预放大数字全息图的三维信息，采用理论推导和实验验证相结合的方式，对等曲率物光和参考光预放大数字全息显微系统的相位畸变补偿问题进行了研究。推导了该系统的点扩展函数，进而获得了物体再现光场的复振幅及相位畸变表达式，利用估测的相位掩模对再现光场相位畸变预补偿后进行相位解包裹，结合自动相位补偿方法获得待测样品较为准确的相位分布。对人体血红细胞进行了实验研究，结果表明，利用相位掩模对再现光场进行预补偿，一方面可以避免相位解包裹的错误，另一方面还可以有效消除再现光场的二次相位畸变，以实现利用单次自动相位补偿方法获得光场正确的相位分布。

在纳米量级上探测红细胞生理病理特性对于揭示疾病的起源、早期诊断和有效的治疗是十分重要的。疾病可以从分子水平上扰乱红细胞的形貌和功能。缺铁性贫血病人的红细胞的形貌具有严重的表面畸形。通过高分辨率的原子力显微镜成像研究了健康人和缺铁性贫血病人红细胞的整个形貌和表面膜的差异。结果表明, 红细胞的形貌参数(例如细胞的峰、谷、峰谷差、表面起伏和标准方差)可以探测健康和病理的红细胞。因此, 红细胞的形貌信息可望成为诊断健康和疾病, 以及评估治疗效果的重要指标。

采用BP神经网络算法模型对人体血液红细胞浓度进行无创检测。 对获取的动态光谱数据和红细胞实测值利用BP神经网络进行建模分析, 校正集输出对期望值的跟踪较好, 相关系数R达到了0.993, 用建立起的BP神经网络模型去检验预测集输出值, 得到预测集的相对误差最大为4.7%, 平均相对误差为2.1%, 预测能力较为理想。 结果表明: 用BP神经网络模型能够较准确的处理动态光谱数据和人体红细胞实际值的非线性关系, 提高了血液成分无创测量在临床上应用的可行性, 具有较高的应用价值。

为了探讨脐带血红细胞和先天性心脏病患儿红细胞的内容物的改变情况及其变化机理，为先天性心脏病的产前诊断提供有用信息，采用激光光镊喇曼光谱系统，测定了脐带血红细胞与先天性心脏病患儿红细胞的喇曼光谱，通过对两者喇曼光谱进行比较分析，发现脐带血红细胞与先天性心脏病患儿红细胞的光镊喇曼光谱有较大的差异。与脐带血红细胞相比，先天性心脏病患儿红细胞的整体谱线偏弱，部分的特征谱线发生位移。该研究结果将为提高胎儿先天性心脏病的检出率提供一种新的、快速简便的光谱分析手段，为临床诊断提供有力的实验依据。

利用激光光镊拉曼光谱系统, 测定了健康者红细胞和心肌梗死患者的红细胞拉曼光谱, 研究其拉曼光谱之间存在的差异性, 探讨其红细胞内容物的改变情况及其变化机理, 为疾病的诊断提供一种新的、快速简便的光谱分析手段, 为临床诊断提供有力的实验依据。

利用激光光镊拉曼光谱系统,测定健康者红细胞(RBC)和心律失常患者红细胞的拉曼光谱,对健康者红细胞与心律失常患者红细胞的拉曼光谱进行了比较,发现心律失常患者红细胞的部分谱线整体强度有所减弱,部分谱线发生了频移；另外,低强度He-Ne激光对心律失常患者红细胞也存在一定的影响。根据拉曼光谱差异性,进一步探讨其红细胞内容物的改变情况及其变化机理,了解心律失常患者红细胞中分子结构、构象、组成的变化,从分子水平探讨心律失常患者的发病机制。

采用光镊技术研究了离体血红细胞的动力学过程即细胞活性的变化规律。当光镊中的半导体激光器发出的高斯光束照射红细胞使其发生形变并反转,待细胞保持动态平衡后切断激光光路,得到形变血红细胞的自由回复时间,该时间长短与细胞活性相关联。通过对比被小功率He-Ne激光器持续照射和正常离体血液的活性衰变规律,结果表明,细胞活性均呈现出规律性的变化,波动之后逐渐减弱并最终趋向死亡。被激光持续照射的红细胞活性衰变较缓,即激光照射的作用延缓了红细胞的衰弱。研究结果能为细胞的活性和动力学分析提供参考,为血液疾病的临床检测和激光临床治疗提供帮助。