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拉曼光谱成像技术获突破 肝癌早期检测成可能
编辑:网站管理员   点击:2186   时间:2013/7/16

据媒体报道,日前由中国科学技术大学侯建国院士领衔的单分子科学团队董振超研究小组,在高分辨率化学识别与成像领域取得重大突破。这项研究结果突破了光学成像手段中衍射极限的瓶颈,将具有化学识别能力的空间成像的分辨率提高到一个纳米以下,这对了解微观世界,特别是微观催化反应机制、分子纳米器件的微观构造,以及包括DNA测序在内的高分辨生物分子成像,具有极其重要的科学意义和实用价值,也为研究单分子非线性光学和光化学过程开辟了新的途径。据悉,该研究工作是在科技部、科学院和国家自然科学基金委的资助下完成的,是该研究团队继2005年实现单分子磁性调控(文章发表在《科学》杂志上)后在单分子科学领域取得的又一项重大进展。

据文章通信作者之一董振超教授介绍,印度科学家拉曼于1928年发现了光子被物质分子散射后能量发生变化的光散射现象,并在两年后因此贡献获得了诺贝尔物理学奖,是亚洲第一位获此殊荣的科学家。拉曼散射中光子的能量变化通常起源于分子振动能量与入射光子能量的叠加,因此拉曼散射光中包含了丰富的分子振动结构的信息。而由于不同分子的拉曼光谱的谱形特征各不相同,因此可作为分子识别的“指纹”光谱,就像人的指纹可以用来识别人的身份一样。如今,拉曼光谱已经成为物理、化学、材料、生物等领域研究分子结构的重要手段。

据介绍,激光光镊拉曼光谱技术是将激光光学囚禁技术和拉曼光谱技术相结合应用于悬浮细胞、生物大分子等进行研究的一种光子技术,更是一种无损、快速、灵敏的光谱学的检测方法。

专业人士表示,鉴于水的拉曼散射非常微弱,该技术适合于对水溶液中生物大分子、细胞等进行研究。该技术应用光镊把细胞俘获或囚禁在玻片上方10微米左右的位置,可以消除其他拉曼光谱技术将细胞囚禁在溶液中和玻片上所引起的不良影响。并且光镊将细胞长时间囚禁在激光的焦点附近,在优化了散射光的收集光路的同时,还可以得到更高信噪比的光谱。虽然激光光镊拉曼光谱技术已经具有如此多的优势,但这种技术只是对直径较小的细胞有很好的针对性,对像肝癌细胞这样直径较大的细胞并不能全部获取其中的光谱信息。

目前肝癌已经成为死亡率仅次于胃癌、食道癌的第三大常见恶性肿瘤,但初期症状并不明显。因此,对肝癌的检测就成为了目前医学研究的重要课题。而拉曼光谱成像可以在降低分子成像成本的同时,提供更高的图像敏感度、还有更强的空间分辨率以及更完善的浏览多重信号的能力。

分析人士指出,拉曼光谱成像已经成为当前所有成像技术中较为优越的一种技术。这种重构的激光拉曼光谱成像系统对肝癌细胞进行了成像研究,获得了单个肝癌细胞微区的拉曼光谱图谱,同时计算出786cm-1、1450cm-1和1658cm-1等特征峰的峰面积,这些特征峰分别归属于DNA、脂类和蛋白质,并根据归一化后的数值在相应的细胞扫描位置给出不同颜色值成像,进而重构出这些物质的拉曼特征峰在肝癌细胞中的分布图。结果表明,应用这种方法可以很明确的看到DNA、脂类及蛋白质特征峰在细胞中的分布情况,并且通过荧光染色验证了成像系统的可靠性。因此通过特征峰的成像图确定物质在细胞中的微区分布情况,为拉曼方法检测和诊断肝癌提供了可靠的依据和重要的参考价值。


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