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1、第2 5 卷增刊 2 0 0 6 年1 1 月 分析测试学报 F E N X IC E S H IX U E B A O ( J o u r n a lo fI n s t r u m e n t a lA n M y s i s ) V o L2 5 N O V 2 0 ( 】6 激光拉曼光谱在生物医学领域中的应用 胡继明 ( 武汉大学分析生物医学研究所，湖北武汉4 3 0 0 7 2 ) 激光、C C D 检测器和光纤探针等相关技术的发展使激光拉曼光谱在生物医学领域中的研究进展日 新月异，本文将从器官组织、细胞两方面进行分别阐述。前者立足于疾病诊断，探讨各种器官正常与 病变组织的光谱差异及
2、活体研究的现状及前景；后者以细胞为检测对象，介绍拉曼光谱的新方法和新 进展。 1 器官组织 1 1 脑疾病 阿尔茨海默症( A D ) 、帕金森病心1 及各种脑瘤 1 等脑部疾病的拉曼光谱离体诊断已见报道。由 于脑是人体最为复杂和敏感的器官之一，这使得实现脑疾病的在体、微创诊断困难重重。C a r m o n a 等【4 1 通过血红细胞胞膜的二阶导数拉曼谱，以1 0 0 的准确率精确诊断了绵羊痒病。因此，寻找新的 检测对象是拉曼光谱活体、微创诊断脑部疾病的一条新途径。 1 2 眼科学 自从Y u 等人第1 次将拉曼光谱引入眼科学研究后，关于眼角膜、( 眼球的) 水状体、玻璃体、视 网膜色素及
3、翼状胬肉的拉曼检测已有报道，但大多数仅限于体外检测。B a u e r 等陋1 首次成功地获得了人 眼角膜组织的体内拉曼检测的光谱图，即使在1s 的积分时间也可以得到足够清晰的谱图。尽管如此， 有关激光拉曼光谱的灵敏度和人眼的安全性二者之间的矛盾一直是该检测手段的应用瓶颈。只有克服 了这一点，激光拉曼光谱在眼科学的应用才可进一步扩展。 1 3 体表组织 与皮肤组织一样，乳腺组织也位于体表而且组成相对简单，近年来人们对乳腺和皮肤这类体表组 织进行了广泛的体外研究。J ，积累了完备、详实的拉曼光谱数据，不少课题组已对其体内检测有过 成功的尝试旧J ，可以相信在不久的将来，乳腺和皮肤组织的拉曼光谱临
4、床检测定会实现。 1 4 胸腔组织 动脉粥样硬化疾病一直是困扰医学界的难题。荧光光谱虽然可以通过对动脉组织的体外检测来辨 别3 种疾病种类：非动脉硬化、非钙化斑和钙化斑。但是，许多生物组织的荧光信号相似导致不能得 到丰富的信息，拉曼光谱很好地实现对动脉粥样硬化斑成分的检测，判定什么样的动脉粥样斑会引起 致命的心脏疾病一J 。倘若能实现体内检测必将影响深远。 Z e n g 等对肺癌的光谱诊断作过相关综述，该小组也曾使用自行研制的光纤探头离体检测肺组 织0 1 ，获得了优良信噪比的拉曼谱图，为拉曼光谱与支气管镜偶联体内检测肺癌奠定了基础。 1 5 腹腔组织 腹部器官以胃肠道癌变的拉曼光谱研究较多
5、。常见胃肠道癌变的拉曼检测见诸报道的有结肠癌、 食道癌和胃癌。内窥镜检查以其侵入胃肠道损害非常小的优点而给胃肠病学诊断带来了革命。同时， 也为拉曼光谱体内检测胃肠道肿瘤带来机遇和挑战。S h i m 等【1 结合内窥镜没计了一套胃肠道的体内拉 曼检测装置，首次在体检测了胃肠道各种器官的拉曼光谱，在较短的时间内获得了信噪比较好的拉曼 谱图。 1 6生殖组织 常见的妇科生殖系统癌症有子宫颈癌、卵巢癌、子宫内膜癌等，目前拉曼光谱已经就上述的诸多 类型的癌症进行了体外或体内检测。男性生殖系统疾病的拉曼光谱研究不多，主要是P u p p e l s 实验室在 膀胱口阻塞、膀胱及前列腺肿瘤进行过一些试探性
6、的研究 12 | 。 2 细胞 临床上，如何低生物量、快速鉴定病原体微生物是人们关注的焦点，也是拉曼光谱研究此类细胞 一1 一 第2 5 卷分析测试学报 增刊 的前进方向。目前此领域的研究已有重大进展，拉曼光谱能够对微生物实现单细胞检测3 | ，并能通过 化学计量学手段处理光谱数据，实现多种菌属的快速区分、鉴别引。 细胞的拉曼光谱研究的焦点不在对象本身，而在于方法的创新和突破。人们首先关注的是活细胞 的检测条件及方法，N o t i n g h e r 等纠在这方面做了一些探索。研究结果表明，活体、原位检测单个细胞 拉曼光谱要满足两个条件：其一是最佳激发波长和允许最大能量，目前普遍认为8 0
7、0n m 上下的近红外 激光且激光能量为1 0 0m w 左右比较适宜；其二就是必须保持细胞的生存环境，宜在培养液或生理水 溶液中检测。 普通拉曼光谱的灵敏度要反映单个细胞中微量组分的变化难度很大，表面增强拉曼光谱能否用于 细胞研究呢? 实际上，S E R S 用于活细胞的检测研究始于2 0 世纪9 0 年代，只不过方法比较粗糙。 K n e i p p 小组【l 刮的开拓性工作开阔了光谱学家和细胞生物学家们的视野。此外，拉曼标记与生化、免疫 手段相结合定位检测亚细胞结构甚至某种特定生物大分子的研究，正成为激光拉曼光谱拓展到生物医 学领域的新切入点。总之，在今后相当长的一段时问，拉曼光谱工作者
8、将会与细胞生物学家一道各展 所长探索细胞的奥秘。 3 结束语 拉曼光谱作为一种典型的现代仪器分析手段，其在生物医学领域的应用方兴未艾。但若真如人们 期望的那样走向临床成为一种诊断工具，还有一段漫长的路要走。总的来说它需要拉曼仪器、数据自 动分析与计算机模拟以及与临床相关的光纤探针3 个方面共同发展和有机结合。从近十年的研究进展 来看，不论是体表的乳腺和皮肤组织还是体内的脏器如胃肠道、肝等，都已经实现或者正在努力实现 体内检测；不论是单个细胞的激光捕集检测还是组织切片的二维扫描，都能清晰地获得与组织形态学 相关的伪彩色拉曼图像。因此，可以相信拉曼光谱技术在医学上的应用，将会迎来它历史上发展的第
9、三个春天。 参考文献： 1 S U D W O R T HCD ，K R A S N E RN R a m a ns p e c t r o s c o p yo fA l z h e i m e r sd i s e a s e dt i s s u e J P r o c e e d i n g so fS P I E ，2 0 0 4 ， 5 3 2 1 ：9 3 1 0 1 2 O N G CW ，S H E NzX ，H EY ，e ta 1 R a m a nm i c r o s p e c t r o s c o p yo ft h eb r a i nt i s s u e
10、si nt h es u b s t a n t i an i g r aa n dM P T P i n d u c e dP a r k i n s o n gd i s e a s e J J o u r n a lo fR a m a nS p e c t r o s c o p y ，1 9 9 9 ，3 0 ：9 1 9 6 3 K O L J E N O V I CS ，S C H U TTB ，V I N C E N TA ，e ta 1 D e t e c t i o no fM e n i n g i o m ai nD u r aM a t e rb yR a m a n
11、S p e c t r o s c o p y J A n a l y t i c a lC h e m i s t r y ，2 0 0 5 ，7 7 ：7 9 5 8 7 9 6 5 4 C A R M O N AP ，M O N L E 6 NE ，M O N Z 6 NM ，e ta 1 R a m a na n a l y s i so fp r i o np r o t e i ni nb l o o dc e l lm e m b r a n e sf r o mn a t u r a l l y a f f e c t e ds c r a p i es h e e p J C
12、 h e m i s t r y & B i o l o g y ，1 1 ：7 5 9 7 6 4 5 B A U E RNJC ，H E N D R I K S EF ，M A R C HWF I nv i v oc o n f o c a lR a m a ns p e c t r o s c o p yo ft h eh u m a nc o r n e a J C o r n e a ， 1 9 9 9 ，1 8 ：4 8 3 - 4 8 8 6 F R A N KCJ ，M C C R E E R YRL ，R E D DDC R a m a ns p e c t r o s c
13、o p yo fn o r m a la n dd i s e a s e dh u m a nb r e a s tt i s s u e s J A n a - l y t i c a lC h e m i s t r y ，1 9 9 5 ，6 7 ：7 7 7 7 8 3 7 N I J S S E NA ，S C H U TTCB ，H E U L EF ，e ta 1 D i s c r i m i n a t i n gb a s a lc e l lc a r c i n o m af r o mi t ss u r r o u n d i n gt i s s u eb yR
14、 a m a n s p e c t r o s c o p y J J o u m a lo fI n v e s t i g a t i v eD e r m a t o l o g y ，2 0 0 2 ，1 1 9 ：6 4 6 9 8 C A S P E R SPJ ，W I L L I A M SAC ，C A R T E REA ，e ta 1 M o n i t o r i n gt h ep e n e t r a t i o ne n h a n c e rd i m e t h y ls u l f o x i d ei nh u m a n s t r a t u mc
15、 o m e u mi nv i v ob yc o n f o c a lR a m a ns p e c t r o s c o p y J P h a r m a c o l o g yR e s e a r c h ，2 0 0 2 ，1 9 ：1 5 7 7 1 5 8 0 9 R S M E RT J ，B R E N N A NJF ，F I T Z M A U R I C EM ，e ta 1 H i s t o p a t h o l o g yo fh u m a nc o r o n a r ya t h e r o s c l e r o s i sb yq u a n
16、 t i f y i n g i t sc h e m i c a lc o m p o s i t i o nw i t hR a m a ns p e c t r o s c o p y J C i r c u l a t i o n ，1 9 9 8 ，9 7 ：8 7 8 8 8 5 1 0 H U A N GZW ，M C W I L L I A M SA ，L U IH ，e ta LN e a r i n f r a r e dR a m a ns p e c t r o s c o p yf o ro p t i c a ld i a g n o s i so fl u n gc a n c e r J I n t e r n a t i o n a lJ o u r
