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激光、CCD檢測器和光纖探針技術(shù)的發(fā)展使拉曼光譜在生物醫(yī)學(xué)領(lǐng)域中的研究進(jìn)展日新月異.迄今為止，拉曼光譜已經(jīng)應(yīng)用于各種生物醫(yī)學(xué)組織的體內(nèi)和體外檢測，諸如：癌癥的早期診斷、皮膚各層組織的分子濃度分布和藥物分子對其滲透作用的體內(nèi)無損檢測、動(dòng)脈粥樣硬化斑組成的檢測、病原體微生物的快速鑒定等等。本文結(jié)合拉曼光譜儀器以及光譜數(shù)據(jù)處理技術(shù)的進(jìn)展簡要回顧近幾年來拉曼光譜在生物醫(yī)學(xué)領(lǐng)域的研究進(jìn)展.
1 儀器進(jìn)展
20世紀(jì)80年代，集近紅外激光激發(fā)避免樣品熒光干擾和傅立葉變換的快速處理技術(shù)優(yōu)勢于一體的傅立葉變換拉曼光譜儀(FT-Raman)蓬勃發(fā)展.與此同時(shí)，傳統(tǒng)的色散型拉曼光譜技術(shù)也得到了迅速發(fā)展，檢測精度和檢測范圍得到了極大改善和拓展。如今，隨著激光技術(shù)、CCD檢測器和光纖探針技術(shù)的發(fā)展特別是全息陷式濾波器的引人，色散型拉曼光譜走在了拉曼儀器技術(shù)發(fā)展的最前沿.拉曼光譜應(yīng)用于臨床實(shí)現(xiàn)快速、靈敏的在體檢測的一條可行的途徑是光纖探針和拉曼光譜儀的聯(lián)用，人們根據(jù)不同的檢測需要，即針對不問的檢測對象設(shè)計(jì)了不同的光纖探頭，實(shí)現(xiàn)了對某些器官的在體、原位檢測.
2 數(shù)據(jù)分析
各種生物醫(yī)學(xué)組織光譜數(shù)據(jù)庫的建立以及歸類統(tǒng)計(jì)分析算法的確立是拉曼光譜用于臨床診斷的關(guān)鍵.主成分分析(PCA)、多元線性回歸分析(MLR)、人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)識(shí)別(ANNS)以及聚類統(tǒng)計(jì)分析(KCA)等在光譜數(shù)據(jù)的歸類與識(shí)別中成效顯著。理想的情況是將相應(yīng)的光譜數(shù)據(jù)庫與合適的分類算法有效結(jié)合開發(fā)出相關(guān)的數(shù)據(jù)分析軟件，并與光譜儀的數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)以適當(dāng)?shù)慕涌谶B在一起，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)采集與數(shù)據(jù)分析同時(shí)、同步進(jìn)行。目前，Puppets的實(shí)驗(yàn)室進(jìn)行了成功嘗試。
3 應(yīng)用進(jìn)展
3.1 癌癥及癌前病變組織組織 和細(xì)胞在癌變過程中，其分于組成和分于結(jié)構(gòu)都會(huì)在一定程度上發(fā)生變化。與常規(guī)臨床診斷方法相比，拉曼光譜方法另辟蹊徑試圖從分子層面區(qū)別癌癥和癌前病變組織的差異，實(shí)現(xiàn)癌癥的早期診斷。Mahzdevau等曾對腦瘤、乳腺癌、婦科癌癥如子宮頸癌、卵巢癌、子宮內(nèi)膜癌等、胃腸道腫瘤如結(jié)腸癌和食道癌等等癌癥及癌前病變組織的體外拉曼檢測進(jìn)展進(jìn)行過詳細(xì)評述。目前，除乳腺、皮膚等體表組織以及胃腸道中的結(jié)腸、食道組織和婦科腫瘤中的子宮頸組織可實(shí)現(xiàn)體內(nèi)檢測外，其他器官組織還停留在離體檢測階段.我們實(shí)驗(yàn)室正圍繞這一課題展開研究.
3.2 皮膚 隨著化妝品工業(yè)日益發(fā)展的需要，科學(xué)家對研究皮膚中各層組織的氨基酸分子濃度分布和藥物分子對其滲透作用的體內(nèi)尤損檢測表現(xiàn)出更加濃厚的興趣.研究角質(zhì)層中的水及游離氨基酸的濃度及其分布狀況以及藥物分子如二甲亞硯與皮膚角質(zhì)層的作用機(jī)理成為現(xiàn)階段此領(lǐng)域的研究熱點(diǎn).Puppets實(shí)驗(yàn)室采用自動(dòng)化的共焦顯微拉曼光譜對皮膚表面以下的各個(gè)深度作連續(xù)的拉曼光譜采集，快速檢測了皮膚的氨基酸分子濃度分布。同時(shí)，他門還探討了穿透增強(qiáng)因子二甲亞礬(DMSO)在人皮膚中的滲透作用。實(shí)驗(yàn)研究證明，體內(nèi)共焦顯微拉曼光譜有望在皮膚病學(xué)的理論與應(yīng)用領(lǐng)域以及化妝品工業(yè)有廣泛的應(yīng)用前景。
3.3 眼科學(xué) 自從Yu等人第一次將拉曼光譜引人眼科學(xué)研究后，關(guān)于眼角膜、(眼球的)水狀體、玻璃體和視網(wǎng)膜色素的拉曼檢測已有報(bào)道，但大多數(shù)僅限于體外檢測，因?yàn)槔盘?hào)微弱，要想增強(qiáng)檢測信號(hào)就必須增強(qiáng)激光的能量并加長掃描時(shí)間，這就會(huì)對人眼睛造成傷害，從而成為拉曼體內(nèi)檢測眼睛的瓶頸。共焦顯微拉曼光譜的出現(xiàn)解決了這一難題。Bauer等首次成功地獲得了人眼角膜組織的體內(nèi)拉曼檢酗的光譜圖。即使在1秒的積分時(shí)間里邊也可以得到足夠清晰的譜圖。
3.4 病原體微生物 與臨床相關(guān)的病原體微生物的快速鑒定領(lǐng)域，拉曼光譜也顯示了其優(yōu)越性.Kees Maquelin等成功地實(shí)現(xiàn)了對培養(yǎng)的微生物小菌落的檢測和不同菌株的拉曼歸屬。最近有報(bào)道，念珠菌這種重要的臨床病原體也實(shí)現(xiàn)了快速拉曼鑒定.
3. 5 動(dòng)脈粥樣硬化斑 動(dòng)脈粥樣硬化疾病一直是困擾醫(yī)學(xué)界的難題。熒光光譜雖然可以通過對動(dòng)脈組織的體外檢測來辨別三種疾病種類:非動(dòng)脈硬化、非鈣化斑和鈣化斑。但是，許多生物組織的熒光信號(hào)相似導(dǎo)致不能得到豐富的信息。拉曼光譜很好的實(shí)現(xiàn)對動(dòng)脈粥樣硬化斑成分的檢測，判定什么樣的動(dòng)脈粥樣斑會(huì)引起致命的心臟疾病。倘若能實(shí)現(xiàn)體內(nèi)檢測必將影響深遠(yuǎn).
當(dāng)然，拉曼光譜應(yīng)用于生物醫(yī)學(xué)領(lǐng)域的范圍極廣，譬如Alzheimer's疾病、骨組織紊亂、紅血細(xì)胞病等病變組織的檢測工作也是目前的熱門方向，這里不再獎(jiǎng)述.
4 結(jié)束語
拉曼光譜作為一種典型的現(xiàn)代儀器分析手段，其在生物醫(yī)學(xué)領(lǐng)域的應(yīng)用方興未艾.但若真如人們期望的那樣走向臨床成為一種診斷工具，還有一段漫長的路要走.總的來說它需要拉曼儀器、數(shù)據(jù)自動(dòng)分析與計(jì)算機(jī)模擬以及與臨床相關(guān)的光纖探針三個(gè)方面共同發(fā)展和有機(jī)結(jié)合.從近十年的研究進(jìn)展來看，不論是體表的乳腺和皮膚組織還是體內(nèi)的臟器如胃腸道、肝等，都已經(jīng)實(shí)現(xiàn)或者正在努力實(shí)現(xiàn)體內(nèi)檢測;不論是單個(gè)細(xì)胞的激光捕集檢測還是組織切片的二維掃描，都能清晰地獲得與組織形態(tài)學(xué)相關(guān)的偽彩色拉曼圖象.因此，可以相信拉曼光譜技術(shù)在醫(yī)學(xué)上的應(yīng)用，將會(huì)迎來它歷史上發(fā)展的第三個(gè)春天。
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