1064便携式拉曼在生物医学中的应用

一、研究背景

生物组织由细胞构成，而细胞由蛋白质、核酸、脂肪等拉曼信号较强的基本物质构成。疾病的产生往往伴随组织和细胞的恶变，最早体现在蛋白质、核酸、脂肪等基本构成物分子结构构象或数量上的变化，但疾病初期这些变化的临床症状和医学影像表现往往并不明显，因此对于初期症状不太明显的病症检测仍需要寻求一些其他的技术手段和方法来实现早期诊断。激光拉曼光谱技术能够提供物质分子振动、转动方面的信息，是一种灵敏的分子水平的检测方法。拉曼光谱图中含有丰富的分子指纹信息，可以通过拉曼峰频移的位置分析物质的生化组成特性。通过对比正常与病变组织的拉曼光谱信息，在如实反映组织生化组成的基础上，不但可以用于探讨疾病发生与治疗机制，而且更易实现临床重大恶性疾病的早期量化诊断。选择合适波长的激光用于活体生物组织光谱激发，对于临床光谱分析测量尤其重要。紫外光照射会引起组织光化学损伤，可见光照射会激发强烈的组织自体荧光，因此，临床拉曼光谱分析装置常使用近红外光作为激发光。相比于紫外光与可见光，近红外光具有更为优越的组织穿透性，从而可实现更大区域内组织光谱的激发。而且，低功率近红外光能产生较少的组织光化学损伤与自体荧光。

二、测试样品及实验仪器搭建

样品采用如海光电Protman1064便携式微型拉曼光谱仪搭配一维可调测量支架进行检测。测试材料来自某医院随机抽取的结石样品。

图1 实验样品图

图2 拉曼光谱采集

三、实验结果

3.1结石测试

图3 结石拉曼光谱（14例）

图4 结石拉曼光谱（3例）

图5 结石拉曼光谱（3例）

采集20例结石样品的拉曼光谱，通过与标准谱库对比，可知14例（图3）结石是草酸钙，3例（图4）结石是磷酸钙，3例（图5）结石是尿酸。说明通过拉曼光谱测试，可达到鉴别诊断的目的，为临床尿液结晶的筛选、诊断创造出一种新方法。

3.2皮肤测试

图6皮肤组织拉曼光谱

图6为皮肤拉曼测试结果，可以从图中观察到多个皮肤特征峰，其中1453cm-1，它所代表的是蛋白质和脂质分子中亚甲基(CH2)的振动信息；1667cm-1是Ⅰ型酰胺分子中的羰基(>C=O)的伸缩振动，来源于蛋白质分子。

4、 实验结论

实验结果表明，可以通过如海光电1064nm便携式拉曼光谱仪对结石和皮肤样本进行测试，测试得到的拉曼谱峰信息可以为后续拉曼光谱在生物组织测试中的应用可提供参考意义。

参考文献

[1]林漫漫,常静,张朋,等.激光拉曼光谱技术在生物活体研究中的应用进展[J].广西科学, 2021, 28(6):557-567.

[2]Ball D W Theory of Raman spectroscopy [J]. Spectroscopy, 2001, 16(11)：32-34.

[3]Patit C A,Pence I J, Lieber C A,et al.1064 nm dispersive Raman spectroscopy of tissues with strong near-infrared autofluorescence [J].Optics Letters, 2014 , 39(2): 303-306.

五、Portman1064便携式拉曼光谱仪

1、产品简介

Portman1064是一款便携式高灵敏度、高信噪比制冷的拉曼光谱仪，具备捕捉微弱拉曼信号的能力。相比于785nm、532nm拉曼光谱仪，1064nm对于组织等生物样品的破坏性更小，避开了玻璃、生物组织等很多物质的荧光发射区域，对于很多被测物质具备低荧光背景优势。1064nm相对于可见段的532nm、785nm具备更好的穿透性，可以穿透棕色玻璃瓶、白色塑料包装以及纸等包装材料。

2、产品特点

• 宽积分时间：积分时间可以从8ms~30min设定；

• 高稳定性：峰值波动RMS<1% @2hrs;

• 良好的穿透性：可以穿透棕色玻璃、白色塑料、包装纸；

• 高分辨：相对于同类产品，可提供15-18cm-1 的分辨率。