PM2.5作为一种重要的空气污染物, 研究不同地区PM2.5对人体细胞的损伤异同具有重要意义。 本实验以人肺癌细胞为研究对象, 分别经过3个不同地区PM2.5日均量暴露2 h, 采用拉曼光谱仪和原子力显微镜对活性单细胞的光谱、 形貌和生物力学指标进行检测, 通过酶联免疫反应检测细胞产生的发炎因子浓度。 统计分析表明: PM2.5暴露后细胞拉曼峰1 002.97, 1 127.29, 1 172.83和1 338.1 cm-1强度变大; 细胞伪足收缩或残缺, 细胞核区变高; 苏州地区PM2.5暴露后细胞黏滞功变小, 弹性能变大; 细胞产生发炎响应。 发现经不同地区PM2.5暴露后, 单细胞光学和力学信息发生了各异的改变, 因此单细胞水平上研究不同地区PM2.5的毒理效应, 为空气污染治理、 肺部疾病防控提供数据支撑。

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。

共聚焦拉曼显微光谱技术可有效用于木质纤维生物质细胞壁的区域化学研究。 利用该技术探索稀酸预处理过程中奇岗纤维细胞壁木质素和羟基肉桂酸的区域化学变化规律。 研究发现预处理前木质素在细胞壁各区域的浓度不同, 木质素浓度较高的区域羟基肉桂酸的浓度也较高。 稀酸预处理后1 600 cm-1(木质素)和1 170 cm-1(羟基肉桂酸)的峰值强度降低, 表明二者被部分溶出, 且溶出率为次生壁>复合胞间层>角隅胞间层。 预处理过程中次生壁和复合胞间层的特征峰强度比值(I1 170/I1 600)呈现上升趋势, 表明在这两个形态区域中木质素比羟基肉桂酸更易溶出; 而在角隅胞间层没有明显变化, 表明该形态区域对二者的溶出没有倾向性。 通过本研究可以更加深入了解稀酸预处理中化学组分在亚细胞水平的变化规律, 同时也进一步拓展了拉曼光谱技术在植物细胞壁研究领域的应用。

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。

拉曼光谱技术作为鉴定生物分子种类最有力的分析工具之一, 具有快速、简单、无损、准确等优点。目前, 拉曼光谱已被国内外学者广泛开展了在人体组织的应用研究, 但由于生物组织具有高散射性, 因此限制了拉曼光谱对其的检测深度。本文主要采用光透明剂——二甲基亚砜对组织拉曼光谱的影响进行研究, 对离体猪皮组织的不同深度(100 μm, 200 μm, 300 μm, 400 μm)拉曼光谱强度随处理前、后不同时间(0 min, 10 min, 20 min, 30 min, 60 min)的变化进行对比。结果发现, 不管是经二甲基亚砜处理前还是后, 都出现随着距猪皮组织表面的深度加深, 其拉曼光谱强度都不断减少; 同时发现各层猪皮组织随着处理后时间的加长, 其特征峰的强度不断加强, 信噪比逐渐提高, 在处理后的60 min效果最好; 而且出现了在经二甲亚砜处理前看不见的峰(1 126 cm-1和1 426 cm-1)。结果表明: 5%DMSO对组织的处理能增强其拉曼光谱的强度, 同时也能使拉曼光谱仪的信噪比提高, 并且使组织谱图中特征峰也得到相应的增加。

随着多通道探测技术、集成显微技术和计算机及分析技术的发展,红外和拉曼光谱技术 及光谱显微成像技术在生物及医学领域得到广泛应用并成为一种向实用化发展的趋势。 但是,要从光谱测量中获得准确、有用的信息需要对光谱及成像数据进行细致、合理的分析。 应用MATLAB软件编程,结合单谱线分析和多谱线多变量分析的方法,对健康人和病人头发横 截面微观扫描的拉曼光谱数据进行分析,结果表明,通过对头发拉曼光谱细致处理和数据分析,可以揭示 健康人和癌症患者之间的差异。这项工作是把拉曼光谱成像技术及相关光谱分析方法应用于生物医学领域的一个实例。

显微激光拉曼光谱技术可以实现纤维素与木素在木材细胞壁中原位状态分布规律的观察研究。 首先采用透射电子显微镜（TEM）研究了结香细胞壁的超微结构。 进而采用显微激光拉曼光谱技术对细胞壁各层中纤维素与木素分布特点进行了原位分析测定， 拉曼图像及光谱分析结果表明， 纤维素与木素在细胞壁各形态区分布不均一， 纤维素的分布情况与木素相反。

为了给死亡时间推断的研究提供新的途径与数据, 探讨了人死亡后组织细胞DNA含量变化与死后时间间隔关系。 将离体肾、 肝组织置于特定环境中,在不同时间点提取离体组织, 利用激光共焦显微拉曼光谱技术和统计学方法, 在拉曼位移测试范围内, 对死后不同时间肾、 肝组织DNA含量变化进行拉曼光谱检测与统计学分析。 结果显示: 人死亡后48～72 h, 随着死亡时间的推移, 肾、 肝组织Raman光谱的主要散射峰峰位没有明显变化, 而其峰高有明显差异； 所测组织的激光拉曼光谱特征峰的相对峰强值(I1 094/I2 923)随死亡时间的推移而减小。 因此可以得出结论: 人死亡后肾、 肝组织细胞DNA含量随死亡时间延长呈下降趋势, 两者之间存在线性关系。