拉曼光谱是一种用于分析分子化学成分、结构等信息的检测技术，具有信息丰富、制样简单、水的干扰小、非侵入等特点，在生物医学等研究领域中具有广泛应用。拉曼光谱成像作为一种结合拉曼光谱和成像的混合模式，通过采集空间中每个像素处的拉曼光谱信息，将分子信息在空间上展现，并定性、定量与定位地分析物质分子。相对于传统的拉曼光谱测量，拉曼光谱成像可额外提供生物医学应用中极为重要的空间信息，因此，以图像形式观测物质成分与结构等信息的拉曼光谱成像技术在生物样本检测、临床诊断及治疗等生物医学领域中具有重要的应用价值。从拉曼光谱原理出发,介绍了拉曼光谱成像技术及其发展，并综述了近年来拉曼光谱成像技术在生物医学领域中的应用，最后总结并展望了拉曼光谱成像技术及其发展趋势。

整合共聚焦显微荧光和拉曼光谱成像技术系统研究了黄藤藤茎组织中不同类型细胞以及同一细胞不同形态区域的木质素区域化学特点。 共聚焦荧光成像表明黄藤藤茎组织中木质素主要汇聚于初生木质部导管、 次生木质部导管、 维管束间的薄壁组织细胞以及纤维细胞角隅区。 基于荧光光谱差异的光谱成像线性拆分结果显示纤维细胞次生壁由宽、 窄层交替的同心层状结构组成, 且窄层具有更高的木质化程度。 比较黄藤、 毛竹、 芒草、 毛白杨和虎皮松拉曼光谱发现黄藤材细胞壁拉曼光谱与阔叶木毛白杨类似, 证实了黄藤材的化学组成更加趋近于阔叶木毛白杨。 对拉曼光谱中木质素特征峰成像进一步揭示出纤维细胞中木质素不均一的分布规律: 其中细胞角隅胞间层和复合胞间层的拉曼信号强度最高, 表明较高的木质化程度, 其次是次生壁中的窄层, 而次生壁宽层中拉曼特征峰强度最低, 这一分布规律与竹材纤维细胞中木质素分布规律类似。 宽、 窄层中木质素不仅存在浓度上的差异, 而且木质素基本结构单元的比例亦不同。 采取光谱去卷积的方法排除了碳水化合物的影响, 发现窄层中愈创木基(G型)木质素与紫丁香基木质素(S型)比例为0.19, 而在宽层中这一比值为0.14, 这一结果亦解释了宽、 窄层荧光光谱间的差异。 该研究结果对探索黄藤细胞壁生物合成及力学响应机制研究具有重要理论指导意义。

显微共聚焦拉曼光谱成像技术(Confocal Raman Microspectroscopy Imaging, CRMI)能够对样品微区进行精确无损的拉曼光谱分析和光谱图像扫描, 提供生物样品的无损高分辨光学信息。本项研究工作, 利用CRMI技术实验获取了正常人体离体皮肤组织的拉曼光谱特征, 并结合典型特征峰的扫描图像, 探讨了脂类、蛋白质等成分在皮肤真皮层的分布特点。实验发现皮肤组织真皮层内胶原蛋白的拉曼特征峰1 248 cm-1强度及其空间分布尤为突出, 这一实验结果与组织学中胶原纤维占真皮结缔组织95%的事实相符。实验结果显示, CRMI技术能够全面诠释生物组织内部生化组成与分布信息, 在实验描述皮肤组织病理变化的分子生物学机制方面具有广阔的应用前景。