拉曼光譜技術及其在醫學中的應用

摘 要:本文介紹了拉曼光譜理論及其常用技術。拉曼光譜技術以其維護成本低，使用簡單，對樣品無接觸、無損傷，成像快速、簡便、分辨率高等優點廣泛應用于化學、醫學、寶石鑒定、林業等領域，本文重點介紹其在醫學中的應用，同時對其應用前景做出展望。

關鍵詞:拉曼光譜技術 醫學 應用

中圖分類號:Q2-3文獻標識碼:A文章編號:1674-098X(2011)11(c)-0081-01

1 拉曼光譜簡介

拉曼光譜，是一種散射光譜。一束單色光入射于試樣后會出現透射、吸收、散射3種情況。散射光中的大部分波長與入射光相同，稱為瑞利散射;而一小部分由于試樣中分子振動和分子轉動的作用使波長發生偏移，稱為拉曼散射。這種波長發生偏移的光的光譜就是拉曼光譜。

2 拉曼光譜技術

2.1 顯微拉曼光譜技術

將拉曼光譜分析技術與顯微分析技術結合起來的一種應用技術。此技術不僅具有普通拉曼技術的特點，還有其自身獨特的優點，采用低功率激光器，高轉換效率的全息CCD技術[1]，更易于直接獲得大量有價值信息，具有檢測靈敏度高、時間短、所需樣品量小、樣品無需制備等優點。其在腫瘤檢測、文物考古、公安法學等領域有著廣泛的應用。

2.2 傅里葉變換拉曼光譜技術

1964年，Chantry和Gebbie首次證明了用傅里葉變換技術獲得拉曼光譜的可行性。1986年，Hirschfeld著文肯定了傅里葉拉曼光譜的可行性和應用前景[2]。隨后各大廠家陸續制造傅立葉變換的干涉儀型光譜儀，使得傅里葉變換拉曼光譜技術得到極大推廣。該技術克服了熒光干擾，對熒光強、顏色深的樣品更適用，并具有測量波段寬、熱效應小、檢測精度及靈敏度高等優點，且具有多通路的特點，能同時測定所有頻率[1]。

2.3 共振拉曼光譜技術

當一個化合物被入射光激發，激發線的頻率處于該化合物的電子吸收譜帶以內時，由于電子躍遷和分子振動的耦合，激發光波長與分子的電子躍遷波長相等時，使某些拉曼譜線的強度陡然增加，發生共振拉曼散射。其拉曼散射強度比常規拉曼散射要高出約106倍。共振拉曼散射技術具有高度的選擇性和靈敏性，不僅能探測生色團的存在，而且能探測生色團的結構和微環境的變化[3]，并可用于低濃度和微量試樣的檢測，特別適用于生物大分子試樣檢測。

2.4 表面增強拉曼光譜技術

英國Fleischmann等人[4]從吡啶在粗糙銀電極表面上發現了表面增強拉曼散射效應。當一些分子被吸附到金屬膠粒或粗糙金屬(如銀、金、銅等)表面時，它們的拉曼譜線強度會得到極大的增強，增加104～106倍，這種不尋常的拉曼散射增強現象被稱為表面增強拉曼效應。表面增強拉曼光譜技術有效地彌補了拉曼信號靈敏度低的弱點，可以獲得常規拉曼光譜難以得到的信息，已廣泛應用于表面和界面的理化研究、生物分子檢測等領域。有人將表面增強拉曼光譜技術成功應用于免疫檢測和細胞研究中。

3 拉曼光譜技術在醫學中的應用

在醫學中的應用，與其它診斷技術相比，拉曼光譜技術在許多方面有著明顯的優勢，可歸納如下:

(1)相比于其它診斷技術通常采用純凈、單一的試樣，拉曼光譜能用于多種試樣形態，如固體、懸浮液、沉淀物等，而醫學試樣一般為體液、軟組織和礦物質的混合物，因而拉曼技術在醫學領域有獨特的優勢。(2)作醫學診斷時，拉曼光譜技術只需要簡單的試樣準備，有利于在近乎生理條件下保留醫學試樣;而其它診斷方法通常要對試樣作較復雜的處理，可能導致其發生理化性質的改變，影響診斷結果。(3)拉曼光譜技術可用于活體試樣，能為醫療過程中的實時診斷提供可能性，這一特點其它技術一般不具備。

3.1 惡性腫瘤

惡性腫瘤是當今威脅人類健康和生命的最嚴重疾病。拉曼光譜可以在分子水平上揭示癌細胞組織結構與正常細組織結構之間的差異，通過一定數量癌變的和正常的器官組織的拉曼光譜的對比研究，從二者差異應能找出反映改變的特征標志光譜[5]。近幾年來，很多學者相繼對胃癌、乳腺癌、口腔腮腺癌和結腸癌等病人的幾種細胞、人血單個紅細胞等進行了拉曼光譜研究，拉曼光譜技術在癌癥診斷方面取得了較好的進展，并發展了一些新的拉曼光譜診斷技術。

有人對甲狀腺正常組織和甲狀腺癌組織的傅里葉變換拉曼光譜進行了初步討論，通過實驗得到了甲狀腺癌變組織樣品和甲狀腺正常組織樣品的拉曼光譜，通過比較正常組織和癌變組織拉曼光譜中的特征峰，可以很容易地將二者加以區分。實驗證明，拉曼光譜法是甲狀腺癌診斷的有效方法。

3.2 心血管疾病

心血管疾病，是一系列涉及循環系統的疾病，常見病種有高血壓、心絞痛、心肌梗塞等。

在心血管疾病的各種治療方法中，激光血管成形術[6]有明顯的優越性，但在治療過程中出現的血管穿孔現象嚴重影響它在臨床中的廣泛應用。為了防止出現血管穿孔，要求能夠及時準確地識別出斑塊和血管壁。有人研究了動脈粥樣硬化斑塊和血管壁的拉曼光譜。結果表明，拉曼光譜能有效區分動脈粥樣硬化斑塊和血管壁，為激光血管成形術的實時監控提供依據。

還有人研究發現近紅外傅里葉變換拉曼光譜術可用來鑒別常規心血管窺鏡不能區分的動脈粥樣硬化斑塊和正常組織。利用激光光鑷拉曼光譜系統研究結果顯示心律失常患者紅細胞的部分譜線整體強度有所減弱，為心血管疾病的診斷提供有價值的信息。

4 拉曼光譜技術的醫學應用前景

近幾十年里，拉曼光譜以其特有的非破壞性、非侵入性、精細的分辨能力、不用試劑和高度自動化等優點，在醫學領域發展迅速。許多技術發明促進了拉曼光譜技術在醫學中的應用，如拉曼探針等;反之，醫學研究的要求也促使新的拉曼技術的出現，如為了獲得組織不同層處的信息，采用紅波長激光代替紫外和可見光以便深入試樣更深處。拉曼光譜技術不僅在醫學診斷方面獲得很多突破性的研究進展，如癌癥早期的診斷、結石病、白內障、動脈硬化等疾病的診斷研究;在臨床應用反面也發展迅速，現在市場上已能夠的可供臨床應用的拉曼探針和適合醫用的拉曼光譜儀。

參考文獻

[1]楊芳.拉曼光譜技術與應用[J]. 中國當代醫藥，2010，17(27):12～13.

[2]宮衍香，呂剛，馬傳濤.拉曼光譜及其在現代科技中的應用[J]. 現代物理知識，2006，18

[3]田艷杰.胡蘿卜的共振拉曼散射及其熒光增強受激拉曼散射研究[D].吉林;吉林大學，2007.

[4]M.Fleischman，P.J.Hendra， Raman Spectra of Pyridine Adsorbed at a silver Electrode，Chem.Phys.Lett，1974，26:163.

[5]楊永梅.拉曼光譜技術應用的綜述[J].科技傳播，2010，10(下):105～106.

[6]谷懷民，邢達.激光誘導熒光光譜識別動脈粥樣硬化斑塊的研究[J].光子學報，2003，32(6):649～652.