食源性致病菌的快速检测是解决食品安全问题最有效的途径之一。为了实现对食源性致病菌的快速、高效、无标记检测和分类,提升了原有的光纤共聚焦后向散射光谱系统的性能,将其光场直径减小到适合较小生物样品的水平,即达到单菌水平检测。在无标记条件下,测定了三种常见的形态相近的食源性致病菌(肠炎沙门氏菌、大肠杆菌、鼠伤寒沙门氏菌)的后向散射光谱。选取500~800 nm范围的特征波段,将主成分分析和模糊聚类分析相结合,建立多元分析模型。主成分分析结果表明,所得的前5个主成分已经包含80.41%的特征区光谱信息。将前5个主成分分量作为模糊聚类分析的变量。由所求得的隶属度矩阵可知,三种细菌聚类结果的准确率均为100%。该结果说明光纤共聚焦后向散射光谱方法结合主成分分析和聚类分析法能够快速、高效、无标记地对单个细菌进行分析和分类。

针对量子点光电探测器线列进行微光检测研究, 量子点探测器采用AlAs/GaAs/AlAs双势垒结构, GaAs宽阱中分别有一个InAs量子点（QDs）和In0.15Ga0.85As量子阱（QW）, 建立一个简单的器件模型进行分析。 常温下, 在632.8 nm He-Ne激光照射下, 当光功率为 0.01 pW时, 器件偏压-0.5 V, 积分时间80.2 μs, 电压响应率达到7.0×1011 V·W-1, 具有非常高的灵敏度, 这种光电探测器在300 K温度下可以探测光功率小于10-14 W极弱光。 以这种量子点光电探测器为核心研制的高灵敏度光谱仪和分子超光谱系统结合对生物组织样本进行检测, 研制了一种图谱相互验证, 互为校正的生物组织光谱测量系统。

微藻富含类胡萝卜素、 维生素、 蛋白质、 多不饱和脂肪酸等多种人体和动物所必需的营养成分, 同时在水生态系统的维持和保护中也扮演着重要的角色, 因此开展微藻生物学的研究具有十分重要的实际应用价值。 传统的微藻成分的检测分析需要经过微藻细胞研磨破碎、 有机溶剂分离提取、 液（气）相检测等一系列的繁琐的操作步骤, 有费时、 需要高昂的仪器设备、 操作过程复杂等缺点, 因此需要发展更加快速高效的微藻细胞组分检测分析技术。 红外光谱作为一种高效的物质检测和分析手段可以实现对微藻样品中的蛋白、 脂类、 核酸、 多糖、 叶绿素、 类胡萝卜素等多种成分同时分析, 具有简单、 快速和无损检测等优势, 特别是结合显微镜技术的红外光谱成像可以在微空间尺度上研究单一细胞或组织中各组分的变化。 近年来, 尤其是随着同步辐射技术的迅速发展, 为红外光谱仪器提供质量更好、 能量更高的同步辐射光源, 使得红外光谱显微光谱及成像检测技术具有更高的灵敏度和空间分辨率, 实现了能够在细胞和亚细胞尺度上对个体进行高空间分辨的原位观测, 这在一定程度上解决了许多常规的检测分析技术不能同时兼顾高通量测量和高空间分辨率观察之间的矛盾。 首先介绍了红外光谱技术的原理及其特点并分析了显微红外光谱及成像技术在生物样品检测中的独特优势, 特别介绍红外光谱结合化学计量学的分析方法在生物学研究领域的应用。 接下来综述了此项技术在分类鉴定、 生长代谢监测、 育种、 水环境、 食品医药等与微藻相关领域国内外的应用研究进展。 比如, 结合化学计量学方法红外光谱能够进行微藻的快速鉴定、 判别和分类。 利用红外光谱多组分快速检测的优势, 可以实现微藻生长代谢的研究。 基于红外光谱无损、 高效检测的特点, 可以实现油脂、 β-胡萝卜素、 虾青素等高产藻株的快速筛选。 另外, 微藻还可以有效地吸附废水中的重金属和有机活性染料, 利用红外光谱可以对其吸附和降解环境污染物的机理进行研究。 红外光谱还能够快速高效地实现微藻成分的分析和鉴定, 因而可以用于微藻食品药品质量的检测和真伪的鉴定。 然而, 红外光谱在微藻的研究和应用方面还处于发展阶段, 尚存在着一定的缺点和不足, 对此进行了讨论和分析并提供了相应的解决方案。 最后, 对红外光谱在微藻的规模化养殖、 高产藻株的筛选、 微藻的生理、 细胞器的结构和功能的研究等领域进行了展望。

癫痫是影响所有年龄段的慢性脑功能障碍, 主要特征为整个或局部脑区神经元异常同步化高频群集动作电位发放。 利用神经毒素海人藻酸(KA) 立体定位注射入大鼠海马, 诱导大鼠产生癫痫持续状态, 建立颞叶癫痫大鼠模型。 应用同步辐射显微光谱和同步辐射显微光谱成像分析癫痫持续状态发作后24小时的颞叶癫痫大鼠海马角(CA) 1区神经元生物化学分子的胞内浓度和分布是否改变。 结果显示反映蛋白质二级结构的酰胺Ⅰ在1 655 cm-1的振动频率和属于脂类功能集团的2 800～3 000 cm-1振动频率, 在正常对照大鼠海马CA1神经元胞体内呈高浓度分布, 但在癫痫大鼠海马CA1神经元胞体, 反映蛋白质二级内呈低浓度分布, 并且以细胞核分布浓度最低, 但在神经元胞体外围分布浓度相对较高。 属于核酸集团的1 055～1 054 cm-1 PO2反对称拉伸振动在正常和癫痫大鼠海马CA1神经元胞体内分布趋势没有差异, 都在胞体内呈高浓度分布, 尤其在细胞核分布浓度最高。 对属于酰胺Ⅰ的吸收频率进行二级导数分析显示癫痫海马神经元的酰胺Ⅰ相对于正常对照多出1个1 653 cm-1附近的负峰。 以上结果提示在发生癫痫持续发作后海马神经元生物化学分子的细胞分布会出现变化。

细胞纳米结构的探测对癌症的早期诊断以及筛查具有非常重要的意义。 空域低相干相位显微镜可以探测细胞的纳米结构获取系统参数, 但是显微镜的系统参数和细胞纳米结构参数之间存在着复杂的非线性相关关系, 需要研究方法加以定量分析。 因此, 基于一维高斯场模型加一维多层介质模型模拟空域低相干相位显微镜的背散射光谱, 实验结果表明模型预测结果与实际测量结果基本一致。 对已知纳米结构的组织切片光谱建模, 通过统计方法分析了系统参数与细胞纳米结构参数的相关关系, 验证了系统参数确实能反映细胞纳米结构参数的变化, 并量化了系统参数的反映水平。 研究成果为基于空域低相干相位显微镜的癌症早期诊断提供了新的理论基础和方法依据。

木质纤维生物质资源的开发利用是当前国内外广泛关注的重大课题, 为了提高木质纤维的利用效率、 降低开发成本, 人们亟需掌握木质细胞壁抗降解机理, 深入了解细胞壁复杂的化学组成和分子结构。 红外显微光谱作为一种可进行微区分析和无损检测的新技术, 具有检测速度快、 灵敏度高、 制样简单等优点, 已经被广泛运用在生物质原料及生物质预处理过程分子结构变化等的研究中。 它能够快速准确地提供木质纤维细胞的化学组成和分子结构等信息, 可用于植物细胞壁的区域化学研究。 本文在简述红外显微光谱技术原理及具体实验方法的基础上, 综述了红外显微光谱技术在探究木质纤维细胞壁化学组成及结构方面的应用进展, 对细胞壁主要组分的原位分布、 经预处理后组成的变化以及分子排列方向三个方面进行了总结。 并对其在木质纤维细胞壁研究的应用前景进行了展望: 提高显微镜的放大倍数、 提高化学成像图的空间分辨率、 与其他检测手段和仪器联合使用等。 以期为木质纤维细胞壁的组分研究提供新手段。

多光谱成像技术集数字成像和光谱测量技术于一体，是一种记录光学信息的新型无损分析技术。基于对国内外文化遗产领域多光谱成像技术研究现状的分析，使用自行搭建的多光谱成像系统对敦煌壁画颜料模拟试板和现代国画在300~1000 nm 范围内进行光谱图像采集，检验多光谱成像系统的适用性。结果显示多光谱图像能对外观相近的不同颜料做出快速区别，结合激光显微拉曼光谱技术，可进一步识别样品中颜料的种类；同时，多光谱图像还能够揭示具有紫外激发可见荧光特性的物质分布、画稿中的底稿信息、水渍痕迹等信息。实验表明多光谱成像技术可以有效获取彩色艺术品的多样化信息，在彩色艺术品研究领域具有良好的应用前景。

神经毒素6-hydroxydopamine (6-OHDA)处理的人神经瘤母细胞系SH-SY5Y是一种经典的帕金森病细胞模型。 利用同步辐射红外显微光谱研究6-OHDA处理的SH-SY5Y细胞系的生物化学成分。 与正常细胞相比较, 所含磷脂的平均饱和水平显著提高, 蛋白质的二级结构发生显著变化, 其中的β-sheet的比例明显增高, 核酸的含量明显下降, 提示神经毒素6-OHDA对细胞造成了严重的氧化损伤。 同步辐射红外显微光谱能够精确有效的检测到细胞生化成分的改变, 从而对细胞的病理损伤进行评估。

在水稻雄性不育系花粉细胞败育程度鉴定方法上, 传统的单纯显微图像分析方法或纯光谱分析方法存在定性、定位、定量和定时四位一体分析能力不足的问题。本文在普通荧光显微镜的基础上, 研制出一种基于LCTF ( Liquid Crystal Tunable Filter, 液晶可调谐滤光器)的显微光谱成像分析系统, 并将其引入到水稻花粉发育过程中的细胞学定量研究, 初步建立起一套针对水稻花粉透射光光谱图像分析和荧光光谱图像分析新方法。与传统的纯光谱或纯图像分析方法相比, 本分析方法具有独特的定性、定量、定位和定时四位一体的分析能力, 其对水稻雄性不育系花粉败育程度的鉴定将更为准确。本方法对于其它植物和动物细胞的定量分析同样具有借鉴和推广意义。

为探索单细胞红外光谱技术对单基因差异的鉴别能力，利用同步辐射傅里叶变换红外显微光谱技术采集含抑癌基因p53 (野生型)和敲除抑癌基因p53 (敲除型)结肠癌细胞的单细胞显微红外光谱。研究分析光谱发现，二者在脂质、蛋白质以及核酸吸收谱带峰强度和位置都有明显的差异。敲除p53后脂质、核酸以及蛋白特征吸收峰均减弱，且几乎所有的吸收峰都向高波数位移。分析了酰胺I带与酰胺II带的相对吸收强度比，发现敲除型比值明显变大；酰胺I带拟合结果表明野生型细胞中蛋白质二级结构的α螺旋和无规则卷曲含量明显低于敲除型，转角和非典型螺旋的含量则高于敲除型，而β折叠的含量无明显变化。研究表明，同步辐射单细胞红外光谱可以在分子水平上鉴别因p53基因差异而产生的细胞代谢变化。