拉曼光谱技术在植物细胞壁中的应用以及展望
拉曼光谱技术在生物医学中的应用
拉曼光谱技术在生物医学中的应用随着科学技术的快速发展，生物医学领域中的研究手段也越来越多样化。
其中，拉曼光谱技术作为一种无创、快速、非损伤性的分析方法，正逐渐成为生物医学领域中不可或缺的技术之一。
一、拉曼光谱技术的原理拉曼光谱技术是一种通过分析分子振动状态来确定样品结构和成分的分析方法。
它基于分子吸收或发射的光子在被激发后发生振动，从而产生散射光的原理。
这种散射光的频率一般比原来的光子频率低，称为“拉曼散射光”。
通过分析这些光的振动特征，可以确定样品中化学成分的种类和含量，以及分子的结构信息。
二、拉曼光谱在生物医学中的应用1. 生物医学研究拉曼光谱技术可以用于对生物大分子（如蛋白质、核酸等）进行快速、非损伤性的表征和定量研究。
通过测量其拉曼散射光的振动频率，不仅可以确定其化学成分和结构，还可以研究其构象、氧化还原情况等特性。
同时，拉曼光谱技术还可用于研究细胞的代谢活动，从而了解细胞在不同生理状态下的变化。
2. 临床诊断拉曼光谱技术可用于体液和组织样品的临床诊断。
例如，对于癌症等疾病的诊断，拉曼光谱技术可以通过对组织和体液样品中不同分子的拉曼散射光进行分析，实现对病变区域与健康区域的区分。
此外，拉曼光谱技术还可用于血液中营养物质和代谢产物的检测等应用方面。
3. 药物研究拉曼光谱技术在药物研究方面也有广泛应用。
通过测量药物分子在不同溶液中的拉曼散射光，可以了解其与不同配体的相互作用、药效成份的含量等信息。
此外，拉曼光谱还可以用于药物给药的过程中，对不同时间点的药物分布进行动态监测。
三、展望虽然拉曼光谱技术在生物医学中的应用前景广阔，但是技术本身和分析过程中的干扰因素仍然存在很大挑战。
例如，激光功率和散射角等参数需要严格控制，以避免信号干扰，同时还需要特殊的样品制备方法和分析软件的支持。
因此，未来需要进一步加强该技术在实际应用中的稳定性和可靠性。
总之，拉曼光谱技术作为一种新型分析手段，在生物医学领域中已经得到广泛应用。
拉曼光谱的应用及其进展
摘 要
本 文 简 述 了 拉 曼光 谱 的原 理 、 征 及 其 在 应 用 上 的优 越性 。介 绍 了几 种 新 的 拉 曼 光 谱 技 术 及 拉 曼 光 特
谱 技 术 在 食 品 、 料 化 学 、 药等 领 域 的最 新 研 究 及 应 用 进 展 。重 点 讨 论 了 近 年 来 该 技 术 在食 品 质 量 检 测 、 境 保 材 医 环 护 、 胞 和 组 织 的 癌 变 方 面 的 最 新 进 展 ， 对 其 应 用 前 景 进 行 了展 望 。 细 并 关键词 技术 应 用 进 展
中对结 构 变 化 敏 感 的各 个 独 立 组 分 的 检 测 。近 年 来 ， 品安 全成 为人们关 注 的焦点 ， 食 在食 品安 全检测 及非法 添加 物检 测 中 ， 拉曼 光 谱 技 术 ， 其 快速 ， 因 灵 敏度 高等特 性 ， 到 了进 一步 的发 展 。 得 ２０ ０ ８年爆 发 的毒 奶 粉事 件 曾在 食 品界 引起 轩 然大 波 ， 人们 对 于食 品安 全 的关 注 也 越 来 越 多 。王 锭笙 ＿ 等 人采 用 表 面增 强拉 曼 光 谱 ， 作 为 探 针分 ６ 将 子 的三聚氰 胺滴 加在 准 备 好 的增 强 基 底 银胶 上 ， 使 用便携 式拉 曼光 谱仪 来 进 行 测试 ， 果 表 明银 纳米 结
２１年 ６ ０１ 第 期
分 析 仪 器
拉 曼光 谱 的应 用及 其 进 展
胡晓红 周 金池。
（ ．北京林业大学材料科学与技术学院，北京 ，１０ ８ ；２ １ ０ ０ ３ ．北京林业 大学分析测试实验 中心，北京 ， ０ ８ ） １ ０ ３
业 ．带 螗恭 一芥 穹蒂 Ｉ 带 综一 述一
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自适应拉曼光谱成像数据去噪及其在植物细胞壁光谱分析中的应用
自适应拉曼光谱成像数据去噪及其在植物细胞壁光谱分析中的应用张逊;陈胜;吴博士;杨桂花;许凤【摘要】Two inevitable noise signals, baseline drifts and cosmic spikes in Raman spectral imaging data should be eliminated before data analysis. However, current denoising methods for a single spectrum often lead to unstable results with bad reproducible properties. In this study, a novel adaptive method for denoising Raman spectral imaging data was proposed to address this issue. Adaptive iteratively reweighted penalized least-squares (airPLS) and principal component analysis (PCA) based despiking algorithm were applied to correct drifting baselines and cosmic spikes, respectively. The method offers a variety of advantages such as less parameter to be set, no spectral distortion, fast computation speed, and stable results, etc. We utilized the method to eliminate the noise signals in Raman spectral imaging data of Miscanthus sinensis ( involving 9010 spectra) , and then employed PCA and cluster analysis ( CA) to distinguish plant spectra from non-plant spectra. Theoretically, this method could be used to denoise other spectral imaging data and provide reliable foundation for achieving stable analysis results.%拉曼光谱成像数据存在基线漂移与宇宙射线干扰峰两类噪声信号,无法直接用于光谱分析研究,必须去除。
拉曼光谱技术在植物细胞壁中的应用以及展望
光照射到物质上时会发生非弹性散射，散射光中除有与激发光波长相同的弹性成分（瑞利散射）外， 还有比激发光波长长的和短的成分，后一现象统称为拉曼（Raman）效应。
从理论到技术—拉曼散射效应的进展
➢1928年，印度物理学家拉曼（C.V.Raman）首次发现拉曼散射效应，荣获1930年的诺贝尔物 理学奖，拉曼也成为自然科学亚洲诺奖第一人。 ➢1928-1940年，拉曼光谱成为研究分子结构的主要手段。因为拉曼光谱频率及强度、偏振等 标志着散射物质的性质。从这些资料可以导出物质结构及物质组成成分的知识。这就是拉曼 光谱具有广泛应用的原因。 ➢1940-1960年，拉曼光谱的地位一落千丈。主要是因为拉曼效应太弱（约为入射光强的106），并要求被测样品的体积必须足够大、无色、无尘埃、无荧光等。40年代中期，红外技术 的进步和商品化更使拉曼光谱的应用一度衰落。（原始的拉曼光谱以汞弧灯为光源,用常规摄 谱仪做色散系统,出现的谱线极其微弱,限制了拉曼光谱的发展。） ➢1960年以后，激光技术的发展使拉曼技术得以复兴。由于激光束的高亮度、方向性和偏振性 等优点，成为拉曼光谱的理想光源。而过滤器的发展过滤掉瑞利散射，计算机技术的发展使 大数据分析成为可能。随探测技术的改进和对被测样品要求的降低，目前在物理、化学、生 物、工业等各个领域拉曼光谱得到了广泛的应用，越来越受研究者的重视。并且形成了一门 光谱学的分支——拉曼光谱学。
植物细胞壁拉曼光谱成像数据分析方法构建及其应用
03
拉曼光谱技术在植物细胞壁研 究中的应用
拉曼光谱技术用于检测细胞壁组成
总结词
拉曼光谱技术能够检测细胞壁中的化学成分，如纤维素、木 质素、果胶等，有助于了解细胞壁的化学组成和结构特征。
详细描述
拉曼光谱技术利用光与物质相互作用产生的散射效应，对细 胞壁进行无损检测。通过对散射光谱的分析，可以确定细胞 壁中各种化学成分的存在和相对含量，从而揭示细胞壁的组 成和结构特征。
拉曼光谱技术用于分析细胞壁功能
总结词
拉曼光谱技术能够监测细胞壁在生理过程中的变化， 如水分的吸收和释放、化学物质的渗透等，有助于理 解细胞壁的功能和作用机制。
详细描述
拉曼光谱技术可以实时监测细胞壁在生理过程中的化学 变化和结构变化。例如，通过观察水分吸收和释放过程 中光谱的变化，可以了解细胞壁的吸水性能和膨胀行为 ；通过分析化学物质渗透过程中光谱的变化，可以揭示 细胞壁对化学物质的吸附和传输机制。这些信息对于理 解细胞壁的功能和作用机制具有重要意义，并为植物生 理学、植物病理学和农业科学等领域的研究提供有力支 持。
植物细胞壁的主要组成成分
纤维素
细胞壁中的主要成分，由葡萄 糖分子通过β-1,4糖苷键连接而 成，具有较高的结晶度和刚性
。
半纤维素
由多种单糖分子通过复杂的方 式连接而成，具有较高的化学 和物理多样性。
木质素
由苯丙烷类化合物通过醚键和 酯键连接而成，具有刚性和耐 久性。
果胶物质
主要存在于胞间层中，由半乳 糖醛酸通过糖苷键连接而成，
通过拉曼光谱成像技术，可以研 究植物抗病机制中的细胞壁变化 ，有助于深入了解植物抗病机理 和提高抗病育种水平。
在植物生长调控研究中的应用
生长激素作用机制研究
拉曼光谱技术在植物细胞壁中的应用以及展望
h(0 - )
h(0 + )
h
Rayleigh散射
E0基态， E1振动激发态； E0 + h0 ， E1 + h0 激发虚态；
Raman散射
获得能量后，跃迁到激发虚态.
Raman散射: Raman散射的两种跃 迁能量差： E=h(0 - ) 产生 stokes 线；强 ；基态分子多； E=h(0 + ) 产生anti-stokes线 ；弱； Raman位移： Raman散射光与入射 光频率差；
1.3 细胞壁形成
• • • 细胞壁的形成是多种细胞器配合作用的结果。 新细胞壁的形成开始于细胞分裂的晚后期或早期。 细胞分裂时，在母细胞的赤道板面上，分泌囊泡 (secretory vesicles)不规则地汇聚在一块，逐渐整齐 地排列成片，组成成膜体(phragmoplast)。成膜体中 的囊泡膜相互融合与连接形成细胞的质膜，其中的内 含物连成一体构成细胞板，这是雏形的中层结构。 细胞板组成后，高尔基体小泡运输造壁物质释放到质 膜外，以充实新形成的壁。当细胞板中逐渐有果胶质 和少量纤维素分子不断地填充和掺入时便构成了中层， 在中层两侧陆续有纤维素和半纤维素等物质的沉积则 形成了质地柔软的初生壁，这时两个子细胞便形成。 此后，大多数细胞的初生壁内侧又分层、定向地沉积 着纤维素分子，它们经纬分明地交叉加固，这是增强 植物体支持能力的重要基础。纤维素分子的定向分层 沉积与微管的活动有关，秋水仙素(colchicine)可阻止 微管的形成，抑制纤维素分子的定向排列。 微管的另一个重要作用是使新形成的细胞板上保留某 些通道，参与胞间连丝的形成，使原生质在两个子细 胞间能保持联系。
甲醇vs. 乙醇
CH3OH vs. CH3CH2OH
激光拉曼光谱在生物医学领域中的应用现状及展望
激光拉曼光谱在生物医学领域中的应用现状及展望激光拉曼光谱是一种用于研究物质结构和性质的无损分析方法。
它利用激光激发样品产生的拉曼散射光谱来揭示分子的化学成分和结构信息。
近年来，激光拉曼光谱在生物医学领域中的应用得到了广泛关注，并取得了许多重要的成果。
本文将对激光拉曼光谱在生物医学领域中的应用现状进行综述，并展望其未来的发展方向。
激光拉曼光谱在生物医学领域中的应用现状激光拉曼光谱在生物医学领域中的应用主要集中在以下几个方面：1.细胞与组织的分子成分分析激光拉曼光谱可以对活体细胞和组织进行无损分析，不需要任何染料或标记。
通过测量样品的拉曼光谱，可以获得细胞和组织的分子成分信息，包括蛋白质、核酸、脂类等。
这为研究细胞和组织的生化特性提供了一种新的手段。
2.药物分子的检测和定量分析激光拉曼光谱可以用于对药物分子在生物体内的分布和代谢进行研究。
通过测量药物子在组织和细胞中的拉曼光谱，可以实现对药物分子的检测和定量分析，为药物研发和临床治疗提供了重要的参考依据。
3.生物标志物的检测激光拉曼光谱可以用于检测和鉴别生物标志物，如蛋白质、核酸和糖类等。
通过测量这些生物标志物的拉曼光谱，可以实现对生物标志物的快速、准确检测，为疾病的早期诊断和治疗提供了新的手段。
4.生物医学成像激光拉曼光谱可以用于实现活体细胞和组织的高分辨率成像。
通过测量样品在不同波长的激光激发下产生的拉曼光谱，可以获得样品的分子成分和结构信息，从而实现对生物样品的高分辨率成像。
展望随着激光技术的不断发展和成熟，激光拉曼光谱在生物医学领域中的应用前景非常广阔。
未来，激光拉曼光谱技术将在以下几个方面得到进一步的发展和应用：1.多模态成像激光拉曼光谱可以与其他成像技术相结合，实现多模态成像。
通过与光学相干断层成像（OCT）、荧光成像和超声成像等技术相结合，可以实现对生物样品的多模态成像，从而获得更丰富的信息。
2.光谱分析方法的进一步完善随着光谱分析技术的发展，激光拉曼光谱的分辨率和灵敏度将得到进一步的提高。
拉曼光谱技术在生物学中的应用
拉曼光谱技术在生物学中的应用随着科学技术的不断发展，越来越多的生物学研究员开始将拉曼光谱技术应用于生物领域中。
这种技术的出现和广泛应用，不仅提高了生命科学的研究水平，同时也对人类的健康和环境保护产生了积极的促进作用。
本文主要介绍拉曼光谱技术在生物学领域中的应用。
一、拉曼光谱技术概述拉曼光谱技术是指利用激光器高度聚焦的光束对被测物体进行激发，并测量其反射光谱的技术，依据颜色频谱分析物质的特征之一因此该技术可以对生物样本进行快速、非损伤、非破坏性的鉴定和定量分析。
特别是在生物领域中，拉曼光谱技术有着广泛的应用前景。
二、拉曼光谱技术在蛋白结构研究中的应用以往的蛋白质研究中，一般采用X射线晶体衍射（XRD）技术对其进行分析，然而，这种技术需要生物样品进行单晶化处理，涉及到比较繁琐的化学处理，且无法对活的细胞进行研究。
相对来说，拉曼光谱技术可以进行非损伤性和非破坏性的实时样品检测，由于蛋白分子具有很强的分子振动模式，其在拉曼光谱下的表现形式也会有非常具有特征性的谱线，可以方便地对其进行分析。
三、拉曼光谱技术在细胞研究中的应用在细胞研究中，拉曼光谱技术可以用于研究细胞壁、神经酰胺、离子分子、DNA/RNA等特定分子的成分，有效地评估细胞状态、代谢功能及其疾病发展情况。
同时，拉曼光谱技术还可以帮助鉴定细胞类型，特别是肿瘤细胞和正常细胞之间的差异，这在肿瘤药物研究中具有重要的意义。
四、拉曼光谱技术在生物识别中的应用拉曼光谱技术不仅可以对生物分子进分类别、定性，还能在生物识别这一领域中发挥应有的作用。
目前，拉曼光谱技术被广泛运用到药物筛选、食品安全监测、生物探针检测及环境污染检测等领域，在药物研发方面，利用拉曼光谱技术可以帮助研发人员快速了解药物分子的化学结构，对药物的安全性和有效性进行加速评估，极大地提高了药物研发的质量和效率。
五、拉曼光谱技术的发展前景拉曼光谱技术的应用范围越来越宽广，并且随着相关技术设备的完善，拉曼光谱技术也在不断地向更深层次的生命科学领域和高级实时检测技术方向发展。
拉曼光谱在生物医学领域中的应用
拉曼光谱在生物医学领域中的应用随着科技的快速发展，生物医学领域也迎来了许多前所未有的机遇。
在这个领域中，仪器和技术的进步促进了对生命体的更加深入的研究。
其中，拉曼光谱技术在生物医学领域中的应用备受关注。
本文将介绍拉曼光谱技术在生物医学领域中的应用，并对其优劣进行探讨。
1. 拉曼光谱技术的基本原理拉曼光谱技术是一种非破坏性、无需激光器辐射的分析技术，可用于表征分子、材料及生物体。
该技术通过分析材料或分子在激光光束作用下，所发生的光子的色散现象来研究其结构和共振状态的变化。
透过样品的光强，就可以得知该样品中各种化合物在光下发生的乱反射和非弹性散射。
这些散射光中，非弹性散射光的波长和原来的光线不同（拉曼散射），其频率的差值等于样品吸收并转移能量的振动频率。
因此，拉曼光谱可用于鉴定样品的结构、组成和空间构型。
另外，拉曼光谱也被广泛应用于生化研究中，包括药物发现、肿瘤诊断、细胞成像等。
2. 拉曼光谱技术在药物研发中的应用拉曼光谱在药物研发中的应用已经得到了广泛的应用。
通过拉曼光谱技术可以快速鉴定原料药和成品药的质量，同时也可以分析药物的配方比例和成分，对冒充和假药问题的解决起到了显著作用。
另外，拉曼光谱也可以用于药物晶体学的研究。
药物晶体学是指研究药物在不同环境下的晶态结构及其对药物的性质及活性的影响的学科。
通过拉曼光谱技术可以快速、直接、无需处理的获得药物晶体信息，为药物基础研究提供了新的切入点。
3. 拉曼光谱技术在肿瘤诊断中的应用肿瘤诊断是生物医学领域中的重要研究方向，目前常用的诊断方法包括病理学、影像学和分子诊断学。
而拉曼光谱技术作为分子诊断学的一种重要手段，被广泛用于肿瘤的鉴定和分类。
拉曼光谱可以识别肿瘤细胞中特定的分子，而这些分子与正常细胞之间存在着明显的差别。
通过对这些差异的分析，可以准确地鉴定肿瘤，并对其进行分子分型，从而为肿瘤治疗提供重要的指导。
4. 拉曼光谱技术在细胞成像中的应用细胞成像技术是生物医学领域中的重要工具，可以用于研究细胞的生理和病理状态，对新药的筛选、治疗效果的评估和临床诊断都有重要意义。
拉曼光谱技术在生物医学中的应用
拉曼光谱技术在生物医学中的应用生物医学是科学的前沿，涉及到众多领域，例如分子生物学、生物化学、药理学、临床医学等。
在这个领域，一些化学技术是不可或缺的，例如拉曼光谱技术。
这种技术是一种光谱学的分支，可以用于检测和分析各种生物分子。
什么是拉曼光谱技术？拉曼光谱技术是一种快速、无损的分析技术，可用于检测许多生物分子。
它的原理基于拉曼效应，即在分子与激光相互作用时，光会发生变化，这些变化可以用于检测和分析分子的结构和组成。
拉曼光谱技术的优势与其他分析技术相比，拉曼光谱技术具有许多优势。
首先，它是非破坏性的，不会对样品产生任何物理或化学变化。
其次，它对样品的要求比较宽松，可以检测各种样品，例如液体、固体、纸张等等。
此外，拉曼光谱技术可用于检测和分析许多生物分子，例如蛋白质、核酸、碳水化合物、药物等等。
在生物医学中，拉曼光谱技术已经用于许多应用领域，下面列举了一些重要的应用：1. 药物筛选拉曼光谱技术可以用于快速检测药物分子的结构和组成。
药物筛选是一项非常重要的工作，可以通过确保药物分子的结构和组成来选择最有效的药物。
这种技术可以在药物研发过程中节省时间和成本，并帮助开发出更有效的药物。
2. 蛋白质结构和功能研究蛋白质结构和功能分析是生物医学研究的一个重要方面。
拉曼光谱可以用来探测蛋白质分子的二级结构和三级结构，并对蛋白质的生物活性进行研究。
这些研究对于理解生命过程，开发新的药物，设计蛋白质工程等方面非常重要。
3. 细胞和组织成像拉曼光谱技术可以用于对活细胞和组织的成像。
将拉曼光谱图像与其他成像技术进行比较，可以直接确定生物分子的空间分布。
这种方法可以探测分子水平的变化，例如在肿瘤形成中，细胞代谢的变化等。
4. 体液和尿液分析拉曼光谱技术可以用于对体液和尿液进行分析。
这种技术可以提供非常详细的分子信息，并且可以用来检测一些代谢紊乱、肿瘤等常见疾病。
结论拉曼光谱技术是生物医学研究中的一项重要的工具。
它已经被证明可以在许多方面进行分析，例如药物研发、蛋白质结构和功能研究、细胞和组织成像、体液和尿液分析等等。
激光拉曼光谱技术在生物医学领域的应用
激光拉曼光谱技术在生物医学领域的应用激光拉曼光谱技术是一种非侵入性、无损伤、无放射性的光谱分析技术，具有高度革命性。
这项技术是在激光和化学分析领域交叉的基础上发展起来的，已经应用于生物医学研究中，并展现出广泛的应用前景。
本文将探讨激光拉曼光谱技术在生物医学领域中的应用，包括其在生物分子结构分析、疾病诊断、药物筛选和治疗方面的作用等。
一、生物分子结构分析激光拉曼光谱技术能够分析生物分子结构中的各种化学键、功能结构、以及其他重要的生物分子细节。
这项技术强调了单个分子和分子间的相互作用，并能够获得关于分子的详细结构信息。
据研究，激光拉曼光谱技术已经成功地应用于生物分子的结构研究，如光合色素、氨基酸、蛋白质和序列DNA等。
二、疾病诊断激光拉曼光谱技术具有高灵敏度和高特异性，可以检测和识别生物体内的化学成分，并在病理生理过程中进行诊断。
由于它对微小组织的检测观测，可实现体内组织化学成分快速、准确、无创伤的检测，且不需要进行取样等破坏性操作，因此在临床医学诊断领域具有巨大潜力。
三、药物筛选激光拉曼光谱技术在药物筛选等生物医学方面也有广泛应用。
药物研究人员可以利用这种技术，进行药物性质的深入研究，以此为基础，进行药物筛选和开发。
例如，通过检测不同药物样品的拉曼光谱，可以分析出它们的化学性质和组成成分，据此改良药物的有效性和毒性。
四、治疗方面的应用激光拉曼光谱技术在治疗方面的应用也日益增加。
例如，医疗工作者可以借助这项技术，为患者定量分析情况，并在治疗过程中进行实时监测。
此外，研究人员还可以利用这个技术对药物进行监测，确保其在体内正确发挥功效。
结论激光拉曼光谱技术在生物医学领域中的应用前景广阔，其无创伤的实时检测和精确的化学类别分析，对于早期诊断和预防疾病，以及科学家和研究人员开发新药和药物治疗方面都具有重要价值。
未来，这项技术在生物医学领域的应用还将得到进一步的拓展。
拉曼光谱技术的应用及研究进展
文章编号：1004-5929（2005）02-0180-07综述拉曼光谱技术的应用及研究进展!伍林1，2，欧阳兆辉1，2，曹淑超2，易德莲2，秦晓蓉2，孙少学2，刘峡2（1.武汉科技大学高温陶瓷与耐火材料湖北省重点实验室；2.武汉科技大学应用化学研究所，湖北，武汉430081）摘要：本文简述了拉曼光谱产生的机理以及与红外光谱的区别，讨论了拉曼光谱在聚合物、生物分子、蛋白质和无机物等方面研究及应用，介绍了傅立叶变换拉曼、共焦显微拉曼、表面增强激光拉曼、固体光声拉曼光谱的原理及其应用以及拉曼光谱和其他检测手段的联用技术。
关键词：拉曼光谱；共焦显微拉曼；表面增强激光拉曼中图法分类号：0647.37文献标识码：AResearch d evel o p m ent and A pp licati on ofRa m an scatteri n g Technol o gyWU L i n 1，2，0UYANG Zhao -hui 1，2，CA0S hu-chao 2，Y I d e-lian 2，G I N X iao -ron g 2，SUN S hao -xue 2，L I U X ia 2（1.~ubei proo ince k e y Laborator y o f C era m ics and r e f ractories ，W uhan unioersit y o fS cience and t echnolo gy ，W uhan C hina ；2.r esearch i nstit ute o f A II lied C he m istr y ，W uhan unioersit y o fS cience and t echnolo gy ，W uhan C hina ）Abstract ：T he si m p l y m echanical p ri nci p le o f g enerati n g Ra m an s p ectrosco py and t he diff erencebet w een Ra m an scatteri n g and i nfra -red s p ectrosco py w ere i ntroduced i n t his p a p er .T he re-search develo p m ent and a pp lication o f Ra m an s p ectrosco py i n p o l y m er ，bio lo g ical m o lecule ，p rotei n ，i nor g anic substance w ere discussed.T he p ri nci p le and a pp lication o f FT -Ra m an ，conf ocal m icro p robe Ra m an ，surf ace -Enhance -laser -Ra m an ，p hotoacoustic Ra m an s p ec-trosco py i n so li d and com bi ned i ns p ection techno lo gy o f Ra m an scatteri n g w it h ot her i ns p ectionm et hods ，such as w it h li C ui d chrom ato g ra p h y ，o p tical fi ber p robe ，etc w ere su mm ariZed.K e y words ：Ra m an s p ectrosco py ；conf ocal m icro p robe Ra m an ；surf ace enhance laser Ra m an拉曼光谱是一种散射光谱，它是1928年印度物理学家C.V.Ra m an 发现的。
拉曼光谱在植物细胞壁研究中的进展
第3 3卷，第5期光谱学与光谱分析V01．33，N o．5，pp l239—1243 2 0 1 3年5月Spectrosc opy an d Spec tral Analys is May，2013拉曼光谱在植物细胞壁研究中的进展马静1，马建锋1，张逊1，许凤1’2’1．北京林业大学材料科学与技术学院，北京1000832．齐齐哈尔大学轻工纺织学院，黑龙江齐齐哈尔161006摘要在能源紧缺和环境恶化的双重压力下，农林生物质替代化石资源生产生物燃料、化学品及生物基材料的研究和开发，已成为国内外众多学者关注的热点。
全面了解农林生物质原料的化学组成及其结构特性是高效利用农林生物质的基础。
作为一种无损的检测技术，现代拉曼光谱能够在原位状态下提供植物细胞壁区域化学和主要组分结构特性信息。
本文简述了拉曼光谱成像技术原理，概括了拉曼光谱在植物细胞壁主要组分的结构分析、纤维素和木质素的微区分布及其分子排列等方面的研究进展，以促进该技术在植物细胞壁研究中的应用。
关键词拉曼光谱；纤维素；木质素；微区分布；分子排列中图分类号：TS01 文献标识码：A D Ol：10．3964／j．issn．1000—0593(2013)05—1239—05析、纤维素和木质素的微区分布及其分子排列方向等方面的引言研究进展，为农林生物质高效转化利用中细胞壁化学结构与超微结构的原位分析提供了新思路、新方法。
拉曼光谱又称拉曼效应，是研究分子振动和转动的一种光谱方法。
由于拉曼光谱具有样品制备无特殊要求，可检测1拉曼光谱成像技术原理微克级样品，对样品叮进行原位成分和结构分析等优点，能快速、简单、可重复、且无损的获得分子、原子水平上的信拉曼光谱是研究分子振动和转动能级跃迁的光谱方法，息。
目前拉曼光谱技术已广泛应用于材料、石油化工、生物是由分子极化率变化诱导产生的。
分子的振动和转动能级不医学、地质考古、宝石鉴定等领域[1]，特别是在珍贵样品和同，拉曼光谱的谱线数目、位移大小和谱线强度则不同【2J。
拉曼光谱在生物科学中的应用
拉曼光谱在生物科学中的应用拉曼光谱是一种非常有用的分析技术，它在生物科学领域中的应用日益广泛。
本文将探讨拉曼光谱在生物科学中的几个重要应用领域，包括蛋白质结构研究、药物开发和细菌检测。
在蛋白质结构研究方面，拉曼光谱提供了一种非常有力的工具，用于研究蛋白质的二级结构和三级结构。
由于拉曼光谱可以提供关于分子振动和化学键的信息，因此可以在没有添加任何标记物的情况下对蛋白质进行直接分析。
通过测量蛋白质的拉曼光谱，我们可以了解到其结构、构象和折叠状态等关键信息。
这种非侵入性技术使得我们可以在活体系统中进行研究，为了更好地理解蛋白质的功能和相互作用。
拉曼光谱还在药物开发领域发挥着重要作用。
在药物研究中，拉曼光谱可以用于研究药物与其靶标之间的相互作用。
通过对两者之间的拉曼光谱进行对比分析，研究人员可以了解到药物的结合位置、结合强度以及药物对靶标结构的影响等信息。
这有助于我们更好地理解药物的作用机制，并为药物设计和优化提供指导。
另一个重要的应用领域是细菌检测。
拉曼光谱可以用来对细菌进行快速且准确的鉴定。
每种细菌的细胞壁和细胞内物质都具有独特的拉曼光谱特征，这使得我们可以通过检测细菌样品的拉曼光谱来进行鉴定。
与传统的细菌鉴定方法相比，拉曼光谱具有快速、无需培养、无需特殊标记等优势。
这使得拉曼光谱成为一种有潜力的用于快速细菌检测的技术。
除了以上几个应用领域，拉曼光谱还在其他生物科学研究中发挥着重要作用。
例如，在肿瘤诊断和治疗监控中，拉曼光谱可以用来检测肿瘤细胞中的代谢产物和蛋白质表达情况，从而为临床医生提供有关肿瘤类型、进展和治疗效果的信息。
在植物科学研究中，拉曼光谱可以用来研究植物的生理状态、代谢通路以及对环境胁迫的响应。
总之，拉曼光谱在生物科学领域中有着广泛的应用。
它为我们提供了非侵入性、快速且准确的分析手段，有助于我们更好地理解生物体系的结构和功能。
随着技术的不断发展，相信拉曼光谱在生物科学中的应用前景将更加广阔。
拉曼光谱在生物医学领域中的应用研究
拉曼光谱在生物医学领域中的应用研究I. 前言近年来，拉曼光谱技术在生物医学领域中得到了广泛应用。
拉曼光谱是一种非侵入性和无破坏性的分析技术，以其高分辨率、灵敏度和特异性而备受瞩目。
本文将深入介绍拉曼光谱在生物医学领域中的应用研究进展，以及技术的优点和局限性。
II. 概述拉曼光谱技术以在样品中激发光子转换为振动和旋转能级间跃迁的方式，通过分析振动谱和旋转谱的特征峰来实现样品成分的分析。
与其它光谱技术相比，拉曼光谱具有更广泛的应用领域，包括生物医学、环境、食品和药物等领域。
III. 生物医学中的应用A. 癌症诊断拉曼光谱技术已经成为了癌症诊断的重要手段。
通过比较正常细胞和癌细胞的光谱差异，可以发现生物分子的特征谱线，如蛋白质、核酸和脂质等，在体内癌组织和健康组织之间有着显著差异。
因此，可以通过拉曼光谱来检测人体内的癌变组织。
B. 药物研究拉曼光谱还可以应用于药物的研究和开发领域。
药物的质量需求、稳定性和纯度等性质都可以通过拉曼光谱来测定。
同时，拉曼光谱可以监测药物在人体内的分布和代谢过程。
C. 细菌检测拉曼光谱在细菌检测方面也有着广泛应用。
由于细菌细胞壁和其他生物组分有着不同的分子结构，因此可以通过拉曼光谱来识别和区分不同的细菌菌株。
IV. 技术的优点和局限性A. 优点1. 非侵入性和无破坏性与其它成像技术相比，拉曼光谱技术对样品没有损伤，这使得其可以应用于生物体内的非侵入性检测。
2. 高分辨率和灵敏度拉曼光谱具有高分辨率和灵敏度，可以有效监测和定量分析样品成分，因此适用于生物医学、环境、食品和药物等领域。
B. 局限性1. 样品的复杂程度对于具有复杂结构和成分的样品，拉曼光谱技术的分辨率和灵敏度较低，不能准确地区分不同组分。
2. 靶分子的含量当环境中靶分子的浓度较低时，需要采用增强方法或者专门的检测器件，以提高信号强度和灵敏度。
V. 未来展望尽管现有的拉曼光谱技术已经具备了较高的分辨率和特异性，但是在样品复杂性和分辨力等方面还存在不足之处。
拉曼光谱在植物细胞壁研究中的进展-5-1239
拉曼光谱在植物细胞壁研究中的进展
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摘!要!在能源紧缺和环境恶化的双重压力下农林生物质替代化石资源生产生物燃料化学品及生物基 材料的研究和开发已成为国内外众多学者关注的热点全面了解农林生物质原料的化学组成及其结构特 性是高效利用农林生物质的基础作为一种无损的检测技术现代拉曼光谱能够在原位状态下提供植物细 胞壁区域化学和主要组分结构特性信息本文简述了拉曼光谱成像技术原理概括了拉曼光谱在植物细胞 壁主要组分的结构分析纤维素和木质素的微区分布及其分子排列等方面的研究进展以促进该技术在植 物细胞壁研究中的应用 关键词!拉曼光谱纤维素木质素微区分布分子排列 中图分类号 & 9 3 3 6 & ) * " D ! C . ) 8!!!% & ' ) & ! D + E , ) ! " * ) , ! D * " !!文献标识码 F 析纤维素和木质素的微区分布及其分子排列方向等方面的
引!言
!!拉曼光谱又称拉曼效应是研究分子振动和转动的一种 光谱方法由于拉曼光谱具有样品制备无特殊要求可检测 微克级样品对样品可进行原位成分和结构分析等优点能 快速简单可重复且无损的获得分子原子水平上的信 息目前拉曼光谱技术已广泛应用于材料石油化工生物
) 特别是在珍贵样品和 医学地质考古宝石鉴定等领域
苷键联接而成的线性高分子均聚物!在自然界中以高度结晶 的纤维形式存在"半纤维素由非结晶的复合聚糖组成!是多 分枝的聚合物"而木质素是由苯丙烷结构单元通过醚键和碳 碳键联接而成的芳香族高分子化合物" 学者们研究了针叶木& 黑云杉$铁杉$柳杉$花旗松$雪 松$黄松$落叶松$赤松' $阔叶木& 桦木$枫木$橡木$椴树$
显微拉曼光谱 植物细胞
显微拉曼光谱是一种分子振动光谱技术，对于物质结构的变化非常敏感，且具备无损检测、微区分辨高、穿透度深、谱带信息丰富、无惧水等优势。
通过分析活性成分的结构变化，可以推测生物分子和组织的细微变化，是应用于肿瘤细胞和组织的早期筛查、病变分级，甚至临床手术过程辅助分析的理想工具。
对于植物细胞来说，显微拉曼光谱技术可以应用于多个方面。
首先，可以应用于细胞壁结构的分析。
植物细胞壁主要由纤维素、木质素等成分构成，这些成分在显微拉曼光谱中表现出不同的特征峰。
通过对这些特征峰的分析，可以了解细胞壁的结构和组成，进而研究细胞壁的物理化学性质以及与细胞生长、发育的关系。
其次，显微拉曼光谱还可以用于研究植物细胞中的活性物质。
例如，可以通过分析细胞内的水分子、氨基酸、维生素等成分的拉曼光谱，了解它们的分布和含量，进而研究它们对植物生长和代谢的影响。
此外，显微拉曼光谱还可以用于研究植物细胞的生物质产品性能。
通过对植物细胞的结构和组成进行分析，可以了解其生物质产品的理化性质和生物活性，为生物质产品的开发和利用提供重要信息。
需要注意的是，显微拉曼光谱技术虽然具有很多优点，但也存在一些局限性。
例如，对于某些特定的样品或复杂的体系，可能需要采用其他技术进行辅助分析。
因此，在实际应用中，需要根据具体情况选择合适的技术和方法。
拉曼光谱技术的发展及其在生物医学领域中的应用
拉曼光谱技术的发展及其在生物医学领域中的应用
拉曼光谱技术是一种非常有前景的分析技术，已经在许多领域得到了广泛应用，尤其是在生物医学领域中。
以下是拉曼光谱技术的发展及其在生物医学领域中的应用的一些简要介绍：
发展历程：拉曼光谱技术最早在20世纪20年代被发现，但由于其信号弱、噪声大的特点，一直未能得到广泛应用。
直到20世纪70年代后期，随着激光技术的发展和光学探测器的改进，拉曼光谱技术才开始得到重视。
近年来，随着光学器件和计算机技术的进步，拉曼光谱技术已经成为一种快速、无损、非破坏性的分析方法，广泛应用于物质结构、化学成分、纯度、晶体缺陷等方面的研究。
生物医学应用：拉曼光谱技术在生物医学领域的应用非常广泛。
首先，它可以用来研究生物分子的结构和功能，例如蛋白质、核酸、多糖等。
其次，它可以用来研究生物样品中的代谢产物，例如血液、尿液等。
拉曼光谱技术还可以用来研究细胞和组织，例如肿瘤组织的诊断和治疗等。
此外，拉曼光谱技术还可以用来检测和鉴别药物和毒品等。
优势和前景：相对于传统的生物医学分析方法，拉曼光谱技术具有很多优势，例如速度快、无需样品处理、无损伤、非破坏性等。
此外，随着仪器的进一步改进和技术的发展，拉曼光谱技术在生物医学领域中的应用前景非常广阔，将有望成为一种重要的生物医学研究工具。
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h(0 - )
h(0 + )
h
Rayleigh散射
E0基态， E1振动激发态； E0 + h0 ， E1 + h0 激发虚态；
Raman散射
获得能量后，跃迁到激发虚态.
Raman散射: Raman散射的两种跃 迁能量差： E=h(0 - ) 产生 stokes 线；强 ；基态分子多； E=h(0 + ) 产生anti-stokes线 ；弱； Raman位移： Raman散射光与入射 光频率差；
2.2拉曼(Raman)光谱基本原理
拉曼光谱是研究分 子和光相互作用的 散射光的频率
散射光
入射光
0
0
透射光
散射是光子与分子发生碰撞的结果
瑞利（rayleigh）散射： 弹性碰撞；无能量交换 ，仅改变方向； 拉曼（raman）散射： 非弹性碰撞；方向改变 且有能量交换；
激发虚态 E1 + h0 h 0 E0 + h0 h 0 E1 E0 h 0 V=1 V=0
从理论到技术—拉曼散射效应的进展
1928年，印度物理学家拉曼（C.V.Raman）首次发现拉曼散射效应，荣获1930年的诺贝尔物 理学奖，拉曼也成为自然科学亚洲诺奖第一人。 1928-1940年，拉曼光谱成为研究分子结构的主要手段。因为拉曼光谱频率及强度、偏振等
标志着散射物质的性质。从这些资料可以导出物质结构及物质组成成分的知识。这就是拉曼
光谱具有广泛应用的原因。 1940-1960年，拉曼光谱的地位一落千丈。主要是因为拉曼效应太弱（约为入射光强的106），并要求被测样品的体积必须足够大、无色、无尘埃、无荧光等。40年代中期，红外技术
的进步和商品化更使拉曼光谱的应用一度衰落。（原始的拉曼光谱以汞弧灯为光源,用常规摄
谱仪做色散系统,出现的谱线极其微弱,限制了拉曼光谱的发展。） 1960年以后，激光技术的发展使拉曼技术得以复兴。由于激光束的高亮度、方向性和偏振性 等优点，成为拉曼光谱的理想光源。而过滤器的发展过滤掉瑞利散射，计算机技术的发展使
拉曼光谱技术在植物细胞壁研究 中的应用以及展望
细胞生物学 2014年4月8日
目录
一、维管形成层及木质部细胞细胞壁概述 二、拉曼光谱技术原理及可用于研究植物细 胞壁的拉曼显微技术 三、如何利用拉曼光谱技术研究植物细胞壁
2
截至 2010年，全世界石油储藏量为 13830亿桶，日消耗量为 8740万桶；天然气储量为 187.1万亿立方米，年消耗量为 3.1万亿立方米；煤炭储量为 8600亿吨，年消耗量为 72.7亿吨（statistical review of world energy full report 2011）。不断增加的能 源消耗量使石油，天然气和煤炭资源在 最多43 年，62 年和 120 年后将枯竭。 世界靠科技、工具与能源来改变，工业革命、科技革命和信息革命都改变了世界格局， 当今的世界格局是西方掌握的先进科技与发达信息以及石油、天然气的分布划分而成的。 而下一场能源革命已经悄悄在美国和加拿大展开„„ 页岩气！美国已经拥有了生产页岩气的技术与批量生产的能力，五年之后就将生产出足 以替代石油的新型清洁能源，加上美国国内的石油与天然气开发也逐步启动，二战后按 石油储藏与生产、使用来划分的世界格局即将破局，中东的地位大幅下降，甚至会沦为 一个乱摊子；俄罗斯靠出口石油的经济将会一蹶不振。互联网大数据时代让世界从此没 有孤岛，能源革命直接决定世界的未来！ 仅仅是页岩气革命么？不！核能不可再生而且存在风险，太阳能，风能，地热能，尤其 是——生物质能植物利用太阳能，通过碳同化的过程将吸收的二氧化碳转变为有机物， 储存于植物体内。生物质能的形成过程由植物体自身完成，同时消耗掉大气中的二氧化 碳，维持大气平衡。同时全世界范围内生物质资源总量十分丰富。木材是人们利用生物 质能源的主要形式。木材即植物的次生木质部，它由木本植物的一种侧生分生组织—维 管形成层活动而 产生，因此对维管形成层发育与遗传调控的研究是使人们了解木材形 成，提高木材产量和利用率的基础。
1.1 木质部细胞的细胞壁结构
胞间层(intercellular layer) 细胞胞间层(intercellular layer)在分裂时，最初形成的一层是由果胶 质组成的细胞板(cell plate)，它把两个子细胞分开，这层就是胞间层，又称 中层(middle lamella)。 初生壁(primary wall) 随着子细胞的生长，原生质向外分泌纤维素，纤维素定向地交织成网状， 而后分泌的半纤维素、果胶以及结构蛋白填充在网眼之间，形成质地柔软的初 生壁。 次生壁(secondary wall) 很多细胞只有初生壁，如分生组织细胞、胚乳细胞等。但是，某些特化的 细胞，例如纤维细胞、管胞、导管等在生长接近定型时，在初生壁内侧沉积纤 维素、木质素等次生壁物质，且层与层之间经纬交错。由于次生壁质地的厚薄 与形状的差别，分化出不同的细胞，如薄壁细胞、厚壁细胞、石细胞等. 形成层细胞分化为未成熟木质部细胞，未成熟木质部细胞继续分化。其中包括 细胞壁沉积的重要过程
Stocks lines
antiStockes lines
Δν/cm-1
拉曼位移（Raman shift）
Δv即散射光频率与激发光频之差。 由于拉曼位移Δv只取决于散射分子的结构 而与vo无关，所以拉曼光谱可以作为分子 振动能级的指纹光谱。 与入射光波长无关
适用于分子结构分析
拉曼是指纹光谱
20000 20000
大数据分析成为可能。随探测技术的改进和对被测样品要求的降低，目前在物理、化学、生
物、工业等各个领域拉曼光谱得到了广泛的应用，越来越受研究者的重视。并且形成了一门 光谱学的分支——拉曼光谱学。 重要学术会议： 国际拉曼光谱学大会(Thelnternational Confer-enceon Raman Spectroscopy,ICORS)
要解决的问题……
木材形成与形成层的活动紧密相连 木材的次生木质部是形成层细胞分裂形成的,形成层在活动期内的活动 变化不仅影响着木质部细胞形成的数量,同时决定着木材的构造和其物 理化学性能。 形成层紡錘形细胞是如何分化出各种类型样式的木质部细胞? 分化出来的木质部细胞是怎么生长的,其在发育过程中会发生什么的变 化?而这些变化又与什么因素有关? 从细胞生物学和解剖形态学的水平来看，木材生长发育形成过程中细 胞形态结构发生了哪些变化？ 在细胞水平和组织水平上来说，木材生长过程中发生了哪些细胞力学 性质和化学成分分布的变化？ 这些问题,对于实现木材性质的改良和定向培育提供重要的理论依据。
甲醇vs. 乙醇
CH3OH vs. CH3CH2OH
CH3 Stretching Modes OH Bending
Intensity (A.U.)
15000 15000
10000 10000
5000 5000
CCO Skeletal modes Bending
CH3 and CH2 Bending Modes
1.3 细胞壁形成
• • • 细胞壁的形成是多种细胞器配合作用的结果。 新细胞壁的形成开始于细胞分裂的晚后期或早期。 细胞分裂时，在母细胞的赤道板面上，分泌囊泡 (secretory vesicles)不规则地汇聚在一块，逐渐整齐 地排列成片，组成成膜体(phragmoplast)。成膜体中 的囊泡膜相互融合与连接形成细胞的质膜，其中的内 含物连成一体构成细胞板，这是雏形的中层结构。 细胞板组成后，高尔基体小泡运输造壁物质释放到质 膜外，以充实新形成的壁。当细胞板中逐渐有果胶质 和少量纤维素分子不断地填充和掺入时便构成了中层， 在中层两侧陆续有纤维素和半纤维素等物质的沉积则 形成了质地柔软的初生壁，这时两个子细胞便形成。 此后，大多数细胞的初生壁内侧又分层、定向地沉积 着纤维素分子，它们经纬分明地交叉加固，这是增强 植物体支持能力的重要基础。纤维素分子的定向分层 沉积与微管的活动有关，秋水仙素(colchicine)可阻止 微管的形成，抑制纤维素分子的定向排列。 微管的另一个重要作用是使新形成的细胞板上保留某 些通道，参与胞间连丝的形成，使原生质在两个子细 胞间能保持联系。
光谱分类
发射光谱
2 拉曼光谱技术
原子发射光谱（AES）、原子荧光光谱（AFS）、X射线荧光 光谱法（XFS）、分子荧光光谱法（MFS）等
吸收光谱
紫外－可见光法（UV-Vis）、原子吸收光谱（AAS）、红外观 光谱（IR）、核磁共振（NMR）等
联合散射 光谱
拉曼散射光谱（Raman）
2.1拉曼散射效应的发现
ML 胞间层；CW1 初生壁；S1 次生壁外层； S2 次生壁中层； S3 次生壁内层
1.2 细胞壁，多糖，蛋白质、酶类以及脂肪酸等 细胞壁中的多糖主要是纤维素、半纤维素和果胶类 纤维素构成微团，微团组成微纤丝，微纤丝再组成大纤丝，构成细胞壁支架 次生细胞壁中还有大量木质素
1923年，德国物理学家A.Smekal从理论上预言了光的非弹性散射的存在。 （A. Smekal，Nature 11 (1923) 873） 1928年，印度物理学家C. V. Raman在用汞灯的单色光来照射CCl4液体时，在液体的散射光中观测到了频率 低于入射光频率的新谱线。在拉曼等人宣布了他们的发现的几个月后，苏联物理学家兰德斯别尔格等也独 立地报道了晶体中的这种效应的存在。（C.V. Raman, K.S. Krishman, Nature 121(1928) 501） 光照射到物质上时会发生非弹性散射，散射光中除有与激发光波长相同的弹性成分（瑞利散射）外， 还有比激发光波长长的和短的成分，后一现象统称为拉曼（Raman）效应。
1.5 细胞壁的功能
对于细胞壁的功能，目前较肯定的有以下几个方面： 维持细胞形状，控制细胞生长 细胞壁增加了细胞的机械强度，并承受着内部 原生质体由于液泡吸水而产生的膨压，从而使细胞具有一定的形状，这不仅 有保护原生质体的作用，而且维持了器官与植株的固有形态。另外，细胞壁 控制着细胞的生长，因为细胞要扩大和伸长的前提是要使细胞壁松驰和不可 逆伸展。 物质运输与信息传递 细胞壁允许离子、多糖等小分子和低分子量的蛋白质通 过，而将大分子或微生物等阻于其外。因此，细胞壁参与了物质运输、降低 蒸腾作用、防止水分损失(次生壁、表面的蜡质等)、植物水势调节等一系列生 理活动。细胞壁上纹孔或胞间连丝的大小受细胞生理年龄和代谢活动强弱的 影响，故细胞壁对细胞间物质的运输具有调节作用。另外，细胞壁也是化学 信号(激素、生长调节剂等)、物理信号(电波、压力等)传递的介质与通路。 防御与抗性 细胞壁中一些寡糖片段能诱导植保素（phytoalexin）的形成，它 们还对其它生理过程有调节作用，这种具有调节活性的寡糖片断称为寡糖素 (oligosaccharin)。