拉曼光谱技术及其在肿瘤方面的影响与应用.doc

课程（论文类）60年代激光问世并引入到拉曼光谱仪作为激发光源之后，拉曼光谱得到了迅速的发展， 出现了很多新的拉曼光谱技术, 并被应用到已经深入的应用在了肿瘤的检测与治疗，而后者是威胁人类健康的一主要方面。 关键字：拉曼光谱 肿瘤 影响与应用 1、关于拉曼光谱 1.1 拉曼光谱简介 1928年印度实验物理学家拉曼发现了光的一种类似于康普顿效应的光散射效应，称为拉曼效应。简单地说就是光通过介质时由于入射光与分子运动之间相互作用而引起的光频率改变。拉曼因此获得1930年的诺贝尔物理学奖，成为第一个获得这一奖项并且没有接受过西方教育的亚洲人。拉曼光谱最初用的光源是聚焦的日光，后来使用汞弧灯。在随后的几十年内，由于拉曼散射光的强度很弱，激发光源（汞弧灯）的能量低等困难，它在相当长一段时间里未能真正成为一种有实际应用价值的工具。自从傅立叶变换拉曼光谱技术、表面增强拉曼光谱技术、激光共振拉曼光谱、共焦显微拉曼光谱、高温拉曼光谱技术、拉曼光谱与光导纤维技术的联用、固体光声拉曼技术、拉曼光谱与其它光谱的联用等技术的出现，才使得拉曼光谱的应用范围更加广阔。目前拉曼光谱已广泛应用于材料、化工、石油、高分子、生物、环保、地质等领域。具体来说，可用于聚合物的研究、生物大分子的研究、多肽及蛋白质的构型的研究、无机物及金属配合物的研究、以及在文物考古中的应用、宝石鉴定中的应用、公安与法学样品分析中的应用、无机材料中的应用、矿床学中的应用、癌症检测中的应用等。就分析测试而言，拉曼光谱技术和红外光谱技术相配合使用可以为更加全面地研究分子的振动状态提供更多的分子结构方面的信息。 1.2 拉曼光谱原理 一束频率为ω 的单色光人射到物质以后, 物质中的分子与人射光相互作用产生散射光, 如散射光的频率发生改变而成为ω±Δω，即在激发谱线两侧各产生一条谱线, 这种散射即为拉曼散射。拉曼散射中, 拉曼位移Δω 与物质分子的振动能级相关。不同的物质有不同的振动和转动能级, 因而有不同的拉曼位移。对于同一种物质, 若用不同频率的人射光照射，所产生的拉曼散射光频率也不同, 但其拉曼位移却是一个确定的值。因此, 拉曼位移是表征物质分子振动、转动能级特性的一个物理量, 可以利用拉曼光谱进行分子结构的研究。任何物质都有确定的分子结构,因而具有确定的分子振动光谱。拉曼散射光谱技术提供了样品各种成分的分子振动光谱，由其来识别和区分不同的物质结构。因此在医学上，拉曼光谱可以从疾病引起组织、体液、细胞的分子组成的变化,在分子和细胞水平上来诊断疾病。 1.3 拉曼光谱的特点 拉曼光谱产生的原理和机制都与红外光谱不同, 但它提供的结构信息却是类似的, 都是关于分子内部各种简正振动频率及有关振动能级的情况,从而可以用来鉴定分子中存在的官能团。分子偶极矩变化是红外光谱产生的原因, 而拉曼光谱是分子极化率变化诱导产生的, 它的谱线强度取决于相应的简正振动过程中极化率的变化的大小。在分子结构分析中, 拉曼光谱与红外光谱是相互补充的。因此, 一些在红外光谱仪无法检测的信息在拉曼光谱能很好地表现出来。拉曼效应普遍存在于一切分子中, 无论是气态, 液态和固态, 拉曼散射光谱对于样品制备没有特殊要求; 对于样品数量要求比较少, 可以是毫克甚至微克的数量级。拉曼散射最突出的优点是采用光子探针, 对于样品是无损伤探测, 尤其适合对那些稀有或珍贵的样品进行分析, 甚至可以用拉曼光谱检测活体中的生物物质。拉曼光谱的缺点之一是会产生荧光干扰, 样品一旦产生荧光, 拉曼光谱会被荧光所湮灭检测不到样品的拉曼信号。二是检测灵敏度低。 1.4 拉曼光谱技术的发展 (1) 近红外拉曼光谱仪是在近红外光源激发的拉曼光谱仪。由于人体组织的复杂性，在整个紫外到可见光范围内产生吸收，继而产生相对强的荧光发射，将会强烈干扰相对弱的拉曼信号。而在近红外激发时，大部分人体组织很弱或没有荧光发射，并且光有更大的渗透深度，可以探测表面以下的组分。 (2) 傅立叶变换技术能够进一步抑制荧光背景，提高探测灵敏度，因而，在医学诊断中经常采用近红外傅立叶变换(N IR-FT)拉曼光谱仪。 (3) 共振拉曼光谱仪。共振拉曼散射技术使信号增强几个量级，在一些表面病变的诊断中，经常采用表面增强拉曼光谱技术。 (4) 显微拉曼光谱仪。显微拉曼技术可将激发光的光斑聚焦到微米量级。 (5) 单细胞光镊拉曼光谱技术就是将光镊和激光拉曼技术组合起来，应用光镊固定活细胞，同时应用激光拉曼技术对活细胞进行活细胞或细胞器的拉曼光谱测定，以研究细胞与细胞器中核酸、蛋白质或多糖类的含量与结构的变化。 (6)光纤技术与拉曼光谱技术相结合。光纤技术应用于远距离传输和放大光学信号可以使得拉曼散射直接用在体内临床诊断。 2、拉曼光谱在癌症检测中的应用 2.1 癌症 癌症，即恶性