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基于柔性基底的表面增强拉曼光谱应用研究进展

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中国激光 2024年

作者：王楠刘艺张竣何绍华侯仕宏冯尚源林多福建师范大学光电与信息工程学院医学光电科学与技术教育部重点实验室福建省光子技术重点实验室

表面增强拉曼光谱（SERS）是一种基于局域表面等离子共振的超灵敏光谱分析技术，在生物医学、食品安全、环境监测等应用方面均展现出广泛的应用潜力。近年来，柔性SERS基底的发展受到了极大的关注。柔性材料具有较好的柔韧性和可塑性，... 详细信息

表面增强拉曼光谱（SERS）是一种基于局域表面等离子共振的超灵敏光谱分析技术，在生物医学、食品安全、环境监测等应用方面均展现出广泛的应用潜力。近年来，柔性SERS基底的发展受到了极大的关注。柔性材料具有较好的柔韧性和可塑性，在面对各种复杂形状和不规则表面的应用场景时可以按需被切割设计成任何所需的形状和尺寸，结合具有高灵敏度的SERS技术，在非破坏性和原位检测方面具有极大的优势。本文综述了近年来基于柔性基底的SERS技术研究进展，从不同柔性材料构造SERS基底的常用方法，到柔性SERS基底在生物医学方面、食品安全方面、环境监测方面的最新应用，并对柔性SERS基底的发展进行了总结与展望。

关键词：表面增强拉曼光谱柔性SERS基底生物医学食品安全环境监测

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抗血管生成药物对鸡胚血管作用的拉曼光谱

中国激光 2009年第10期36卷 2647-2650页

作者：林居强黄瑞香李永增陈荣冯尚源黄祖芳福建师范大学医学光电科学与技术教育部重点实验室福建省光子技术重点实验室福建福州350007

抑制血管生成是肿瘤治疗的重要方法之一,若能从分子水平检测血管损伤的机制,对治疗将更具指导意义。拉曼光谱是一种无损、信息非常丰富的光谱技术,可以应用于固态、溶液或液态的生物分子分析。基于激光共焦拉曼光谱技术设计一方案,测量... 详细信息

抑制血管生成是肿瘤治疗的重要方法之一,若能从分子水平检测血管损伤的机制,对治疗将更具指导意义。拉曼光谱是一种无损、信息非常丰富的光谱技术,可以应用于固态、溶液或液态的生物分子分析。基于激光共焦拉曼光谱技术设计一方案,测量分析了鸡胚微血管在抗血管药物沙利度胺作用前后的拉曼光谱。加药5 h与对照组血管的平均拉曼谱在位置和形状上类似,但某些特征峰在强度上却发生变化,如波数1441 cm-1,1527 cm-1及1657 cm-1的强度明显增强而971 cm-1和1081 cm-1的强度明显减弱,这些变化可能是药物作用血管后,使血管内的核酸、蛋白质、磷脂等重要生物分子在结构或含量上发生了不同的改变而引起的。研究结果表明拉曼光谱有可能成为从分子水平分析抗血管生成药物对血管作用的一种有效方法。

关键词：医用光学拉曼光谱抗血管生成鸡胚

基于表面增强拉曼光谱技术的鼻咽癌与胃癌检测方法研究

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基于表面增强拉曼光谱技术的鼻咽癌与胃癌检测方法研究

作者：冯尚源福建师范大学

学位级别：硕士

表面增强拉曼光谱（SERS）在生物医学领域具有非常广阔的应用前景,本论文跟踪国际热点研究问题,结合我国研究现状和临床需求,基于SERS技术进行鼻咽癌与胃癌检测方法研究,主要研究成果如下： 1)分别利用细胞内吞法、细胞自还原法以及... 详细信息

表面增强拉曼光谱（SERS）在生物医学领域具有非常广阔的应用前景,本论文跟踪国际热点研究问题,结合我国研究现状和临床需求,基于SERS技术进行鼻咽癌与胃癌检测方法研究,主要研究成果如下： 1)分别利用细胞内吞法、细胞自还原法以及细胞电穿孔法三种金属纳米粒子传输法进行细胞SERS光谱研究并对三种方法的优缺点进行比较。重点讨论利用电穿孔方法实现金属纳米粒子到细胞的快速输送;首次利用电穿孔技术将银纳米粒子快速导入鼻咽癌C666细胞系、皮肤癌A431细胞系及白血病细胞CA46细胞系,并成功测得细胞内SERS信号。结合电穿孔导入技术及全细胞SERS检测方法,不仅可以显著缩短细胞SERS光谱的准备和测试时间,而且很大程度上提高了细胞SERS光谱的重复性和稳定性。细胞电穿孔-SERS这一新方法将在生物医学应用中（如细胞内生化物质的实时检测、癌细胞筛查等）展现出极大的应用潜力。 2)利用金纳米粒子为增强基底获取人正常鼻咽组织与鼻咽癌组织：SERS光谱与图像,并进行组织SERS光谱归属分析;探讨在组织层面上观察到的SERS光谱闪烁现象,研究发现组织SERS波动现象与激发光功率密度高度相关。利用SERS成像技术研究正常与癌变鼻咽组织在生化成分上的差异;在此基础上进一步构建EB病毒SERS免疫探针,证实该免疫SERS探针可实现高效的EB病毒免疫检测。 3)首次提出利用血浆SERS光谱检测实现非标记鼻咽癌的无损诊断分析;利用表面增强拉曼光谱技术进行人体血浆生化分析,通过谱峰指认进一步探讨鼻咽癌患者与健康人血浆SERS光谱的差异。人体血浆SERS光谱结合主成分分析和线性判别统计分析可区分正常人与鼻咽癌患者血浆,诊断特异性与灵敏度分别达到100%与90.7%（针对43例鼻咽癌患者和33例正常人血浆样品分析结果）.通过对比研究发现鼻咽癌患者血浆与正常健康人血浆之间存在某些特定的生化成分差异。研究结果表明,血浆表面增强拉曼光谱分析很有希望发展为一种无损检测与筛查鼻咽癌的临床诊断工具。 4)首次利用四种不同偏振态激光激发血浆表面增强拉曼光谱并结合多变量统计分析方法进行胃癌的无损检测研究。与使用非偏振激光和线偏振激光相比,利用圆偏振态激发光能够大大提高诊断的特异性与灵敏度。利用左旋圆偏振激光进行胃癌患者血浆SERS光谱无损诊断分析,最佳诊断效果可以实现灵敏度为100%,特异性为97%（针对32例胃癌患者和33例正常人血浆样品分析结果）;而利用非偏振激光激发,其诊断灵敏度与特异性大概都只有72%.诊断效果的大幅度提高可能是由于左旋圆偏振激光比较适合于探测与胃癌有关的血浆手性分子。 5)首次将膜电泳提纯血浆蛋白技术与表面增强拉曼光谱相结合应用于无损癌症检测分析。与未经过任何处理的血浆直接与银胶混合后进行SERS检测相比,这种膜电泳与SERS相结合方法可大大减少由于癌症患者血浆中含有的外源性物质以及除白蛋白和球蛋白之外的其它血浆成分所引起的光谱干扰变化。将血浆膜电泳蛋白SERS光谱进行主成分分析,统计结果显示无论是胃癌样本还是鼻咽癌样本都可准确地与健康样本组区分开,诊断的灵敏度和特异性都达到100%（针对31例胃癌患者、43例鼻咽癌患者以及33例正常人血浆样品分析结果）。我们发明的这种新方法可能会对所有类型的癌症表现出敏感性,并可能成为一种非侵入性的癌症检测通用筛查方法。

关键词：表面增强拉曼光谱细胞组织血浆癌症检测方法研究

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人血红细胞傅立叶变换近红外拉曼和红外光谱

人血红细胞傅立叶变换近红外拉曼和红外光谱

作者：冯尚源福建师范大学

学位级别：硕士

本文概述了傅立叶变换拉曼光谱和红外光谱在生物医学领域的研究现状，鉴于激光光谱技术在诊断治疗癌肿瘤的研究中的重要性，从理论和实验上初步开展了人血液傅立叶变换近红外拉曼光谱和红外光谱的研究。首先，简要介绍了傅立叶变换拉... 详细信息

本文概述了傅立叶变换拉曼光谱和红外光谱在生物医学领域的研究现状，鉴于激光光谱技术在诊断治疗癌肿瘤的研究中的重要性，从理论和实验上初步开展了人血液傅立叶变换近红外拉曼光谱和红外光谱的研究。首先，简要介绍了傅立叶变换拉曼光谱和红外光谱在生物医学领域特别是在人血液的研究现状，指出了光谱诊断这一研究领域中存在的不足，阐述了人血液拉曼光谱的基本原理;其次，详细讨论了人血液及其各组分傅立叶变换近红外拉曼光谱，特别是对正常与各种癌变人血红细胞近红外拉曼光谱的详细的研究(包括对谱峰的归属、拉曼信号随时间以及随激发光功率变化的情况)，得到正常与病变人血红细胞拉曼光谱在谱形、拉曼频移、拉曼信号强度等谱学参数上存在差异;再次，我们也对人血液的傅立叶变换红外光谱进行了认真研究，主要也是对正常与癌变人血液红细胞的红外谱进行讨论，发现正常红细胞和胃癌红细胞在红外谱上也存在差异;最后，作为扩展研究，我们进行了偏最小二乘(PLS)多成分分析在人血液吸收谱中应用的初步研究，实现了在人血液中进行多成分定量分析的可能。

关键词：人血红细胞癌症傅立叶变换拉曼光谱红外光谱偏最小二乘法(PLS)

基于拉曼光谱的鼻咽癌与正常鼻咽细胞株的分类研究

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中国激光 2012年第5期39卷 132-136页

作者：叶宇煌陈阳李永增冯尚源苏颖邹长棪欧琳福州大学物理与信息工程学院福建福州350108 福州大学至诚学院福建福州350002 福建师范大学医学光电科学与技术教育部重点实验室福建福州350007 福建省肿瘤医院放射生物研究室福建福州350014

高空间分辨率的共聚焦显微拉曼光谱技术从分子水平上提供了生物分子成分和结构的指纹性信息。以鼻咽癌细胞株C666-1、CNE2和正常鼻咽细胞株NP69为对象,利用拉曼光谱探索和分析癌细胞株与正常细胞株之间的差别。结果表明:谱峰比I1449/I16... 详细信息

高空间分辨率的共聚焦显微拉曼光谱技术从分子水平上提供了生物分子成分和结构的指纹性信息。以鼻咽癌细胞株C666-1、CNE2和正常鼻咽细胞株NP69为对象,利用拉曼光谱探索和分析癌细胞株与正常细胞株之间的差别。结果表明:谱峰比I1449/I1657(1.10)可以准确地将鼻咽癌与正常鼻咽细胞株分成两组,这一结论与相关支气管癌组织的报道结果一致;此外,采用主成分分析方法说明3种细胞株的拉曼光谱之间存在统计学差异,并以线性判别分析方法对其进行统计划分,灵敏度和特异性分别达到90%和100%。这些结论可以为拉曼光谱技术用于NPC的临床诊断提供依据,并有可能为鼻咽癌的早期诊断提供有益参考。

关键词：生物光学拉曼光谱鼻咽癌细胞主成分分析判别分析

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白术煎剂表面增强拉曼光谱分析

光谱学与光谱分析 2009年第9期29卷 2450-2452页

作者：陈伟炜冯尚源林文硕陈荣李永增林居强黄瑞香福建师范大学医学光电科学与技术教育部重点实验室福建省光子技术重点实验室福建福州350007 福建中医学院中西医结合系福建福州350108 福建工程学院数理系福建福州350108

测试分析了白术煎剂及其在银胶中的拉曼光谱,并对其进行初步谱峰归属。白术煎剂表面增强拉曼光谱在396,548,617,730,955和1 327 cm-1处,出现6个明显的拉曼信号。测试了白术煎剂和白术煎剂-银胶混合体系的紫外-可见吸收光谱,该吸收光谱... 详细信息

测试分析了白术煎剂及其在银胶中的拉曼光谱,并对其进行初步谱峰归属。白术煎剂表面增强拉曼光谱在396,548,617,730,955和1 327 cm-1处,出现6个明显的拉曼信号。测试了白术煎剂和白术煎剂-银胶混合体系的紫外-可见吸收光谱,该吸收光谱在长波区出现新共振吸收峰(999 nm处),进而研究了白术煎剂在银溶胶上的吸附特性及其表面增强机理。结果表明,表面增强拉曼光谱可能为白术煎剂或其他中药煎剂提供一种准确、直接、快速的检测方法。

关键词：表面增强拉曼光谱(SERS) 紫外-可见光吸收谱银胶白术煎剂

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激光照射人血液荧光光谱变化的研究

光谱学与光谱分析 2003年第4期23卷 748-750页

作者：陈荣李步洪陈金铠杨文琴谢树森王峰冯尚源福建师范大学物理与光电信息科技学院福建福州350007 福建师范大学实验中心福建福州350007

采用OMA Ⅲ微弱信号检测系统研究了人血液荧光光谱在激光照射下的变化情况。结果表明 :在6 32 8nmHe Ne激光诱导下 ,不同血液在 6 70 ,730 ,981nm附近出现三个荧光峰 ;荧光强度在一定范围内与照射激光功率呈线性变化关系 ;随着激光照... 详细信息

采用OMA Ⅲ微弱信号检测系统研究了人血液荧光光谱在激光照射下的变化情况。结果表明 :在6 32 8nmHe Ne激光诱导下 ,不同血液在 6 70 ,730 ,981nm附近出现三个荧光峰 ;荧光强度在一定范围内与照射激光功率呈线性变化关系 ;随着激光照射时间的增加 ,三个峰位上的荧光强度下降 ,8min后趋于隐定值 ;在激光照射过程中 ,三个峰位出现不同数值的移动。

关键词：激光照射人血液荧光光谱 OMA检测血液流变学照射疗法

Nd:KY(WO_4)_2、Nd:KG(WO_4)_2晶体光谱性能研究比较

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人工晶体学报 2007年第2期36卷 475-479页

作者：郭丽花杨文琴冯尚源福建师范大学物理与光电信息科技学院福州350007 福建师范大学化学与材料学院福州350007

在室温下测试了Nd:KYW(Nd:KY(WO4)2)、Nd:KGW(Nd:KG(WO4)2)晶体的吸收光谱,有相似性,这是由于结构相似。吸收峰位置稍有偏移,因为Nd3+离子进入晶体取代离子的半径不同,晶格对Nd3+跃迁影响大小不同。根据J-O理论计算的晶场强度参数反映... 详细信息

在室温下测试了Nd:KYW(Nd:KY(WO4)2)、Nd:KGW(Nd:KG(WO4)2)晶体的吸收光谱,有相似性,这是由于结构相似。吸收峰位置稍有偏移,因为Nd3+离子进入晶体取代离子的半径不同,晶格对Nd3+跃迁影响大小不同。根据J-O理论计算的晶场强度参数反映了它们性质的炯异。同时测试的偏振吸收光谱,表明了明显的偏振性,不同的偏振有不同性质,同一偏振两晶体的性质存有差异。

关键词： Nd:KYW晶体 Nd:KGW晶体吸收光谱偏振吸收光谱 J-O理论

单、双掺钒酸钇晶体的Raman光谱与能量转移研究

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光谱学与光谱分析 2007年第3期27卷 581-584页

作者：杨文琴郭丽花冯尚源陈金铠福建师范大学化学与材料学院福建福州350007

文章采用双光栅单色仪(HRD-1),氩离子激光器的488.0 nm波长激发,分别测得室温下,激发光平行、垂直晶体c轴入射时,Tm3+,Ho3+单掺和双掺钒酸钇晶体的拉曼光谱,对检测结果进行分析并探讨了对能量转移的影响。观测到对Ho3+∶YVO4,激发光垂直... 详细信息

文章采用双光栅单色仪(HRD-1),氩离子激光器的488.0 nm波长激发,分别测得室温下,激发光平行、垂直晶体c轴入射时,Tm3+,Ho3+单掺和双掺钒酸钇晶体的拉曼光谱,对检测结果进行分析并探讨了对能量转移的影响。观测到对Ho3+∶YVO4,激发光垂直c轴时的散射光强明显强于激发光平行c轴时的散射光强;由于488.0 nm波长靠近Ho3+的一个吸收峰,吸收和散射相互竞争,使475 cm-1被削弱,且外模振动展宽;测得样品最大声子能量集中在880 cm-1附近。主要是(VO4)3-的A1g呼吸模引起的,表明与YAG基质一样,也是一种具有高声子能量的晶体。用808 nm激发,锁相放大器,PbS探头接收,测得双掺Tm3+∶Ho3+∶YVO4的2.09μm荧光强度是单掺Tm3+∶YVO41.85μm的4/5,意味着Tm3+对Ho3+的敏化效率高达80%,因为Tm3+∶YVO4的荧光谱与Ho3+吸收谱重合甚少,由辐射跃迁导致的能量转移可能性不大,因此Tm3+离子之间的交叉弛豫以及Tm3+的3F4与Ho3+的5I7之间近共振的能量转移主要是依靠声子辅助的无辐射跃迁。

关键词： Tm^3+ Ho^3+:YVO4 拉曼光谱能量转移