光譜及光譜成像技術在生物醫學領域的應用分析

宋航宇

摘 要 近些年來，光譜成像技術在生物醫學方面的運用越來越頻繁，其可以通過儀器直觀的將人體的細胞以及組織的化學組分表達出來。本文中，主要對新時代下的光譜技術進行了探索與分析，根據光譜成像技術的特點，講述了光譜成像技術在生物醫學方面的發展，包括了七種應用，為生物醫學的進一步發展提供了良好的保障。

關鍵詞 光譜 光譜成像 生物醫學應用

中圖分類號：O433 文獻標識碼：A

早在十九世紀，光譜就被提出做一些化學分析的課題，這項技術就已經漸漸成熟，并且在各個領域中都有運用。現如今借助二維成像技術，將之與光譜技術融合，就形成了光譜成像技術。光譜成像技術相關設備的研發更是成為了我國近些年來的主流研究方向。人們希望可以通過這項技術明確的看出人體內各個細胞、組織的化學組分圖像，下面就對光譜成像技術在生物醫學中的七種應用進行分析和介紹。

1光譜成像技術在生物醫學中的應用

1.1熒光多標記共定位

這種標記方法可以跟隨著人體內組織及細胞的具體變化，是我們近幾年內研究的主要部分，其原理是利用光譜成像技術在熒光顯微鏡下可以對空間之內的重疊兩個或者更多個的細胞或組織進行熒光標記，其發射的波長是相對獨立的，所以可以看到不同的成分是位于細胞的同一位置或者接近另一個的位置。在以前的單染料或雙染料標記方法中，由于人體內需要標記的成分過多，并且極其繁雜，這種方法不能滿足使用需求。現在的熒光標記方法可以打破傳統標記方法的弊端，并且技術已經相對成熟，可以更有效的對生物體內分子進行標記。

1.2染色體核型分析

染色體核型就是指體細胞染色體在一些光學顯微鏡下可以被測量的表型特征的總體稱呼。染色體核型分析也就是根據染色體的長度、著絲點位置、臂比、隨體的總體特征，并且借助染色體分帶技術對具體生物的染色體進行剖析，對比，排列、編號。這種分析方法主要是以體細胞分裂中期的染色體為研究主要目標。光譜核形分析就是利用多色熒光原位雜交技術來進行成像的一個過程，一次性可以分辨出二十四條染色體，這種技術的成熟也就意味著我們可以檢查出生物體內是否有一些染色體缺少或者發生了突變，從而判斷出生物發病的原因。近些年來，采用熒光原位雜交技術，把熒光素標記的探針用作染色體核型分析，可以更準確地分析染色體核型，通過這種方法我們可以直接判斷出染色體上各個堿基的差別。

1.3眼底病變檢測

隨著時代的進步，科技的發展，現在的高科技產品越來越新穎，導致了不同年齡段都有眼睛疾病。關于眼睛的病變能夠發生在任何組織或細胞，通常情況下，眼科醫生對患者眼部做的初階簡單檢查只是通過肉眼判斷，若發現了有變異的位置再對其進行具體檢查，由于普通的眼部炎癥疾病與癌變狀況相似，肉眼及檢查設備對顏色的判斷不準確，所以并不能精確的判斷出癌變的具體細胞。近些年研發的光譜能夠更直觀的判斷出癌變細胞，這種技術現已被廣泛應用，可以檢查出眼底的具體的彩色圖像，從而更準確的判斷眼部病因，更有利于檢查眼部病因。

1.4癌變檢測

在目前，光譜成像技術在癌變方面的應用越來越多，一般可以將之分為兩種方法，一是微觀光譜成像，也就是把成像光譜和顯微鏡聯合，用這種方法可以明顯的看出人體內的細小生化特點，更有利于檢查及判斷病因。二是宏觀光譜成像，也就是把成像光譜儀用作生物體內的圖像搜集，也可以將其和內窺鏡結合來對體內的一些組織進行成像。這兩種檢測方法目前只是在理論上可行，在實際應用中還并未投入使用，所以這種方法并不一定可以取代傳統的方法。

1.5生物芯片檢測

隨著科技的發展，對于芯片檢測技術的需求一直在提高，我國關于生物芯片的研究進程從未停止，其發展速度也是十分迅速。普通的芯片中存在很多不同種類的生物組成，各個成分可能會同一時間產生不同類別的反應，所以簡單的檢測技術是無法滿足的，無法對整體芯片中具體信息進行準確無誤的分析。把光譜成像和CCD掃描儀結合到一起，我們就能夠在同一時間獲得生物芯片具體的二維圖形和一維光譜信息，這種融合到一起的方法可以除掉熒光和重疊的干擾，并且還可以提高檢測的精密度。

2光譜技術在生物醫學中的應用

2.1無損血糖檢測

在我國的傳統血糖檢測中，醫生往往要通過患者的血液血糖來判斷其是否需要進行下一步治療，患者通常都經受著身體與心理的痛苦，但是如果利用光譜無損血糖檢測方法，就會防止傳統方法給患者帶來的傷痛。這項技術主要包括紅外光譜、近紅外光譜以及拉曼光譜等幾個類型。其中紅外光譜是通過一束紅外光通過物質，物質中的某個集團的振動或轉動頻率和紅外光的頻率一樣時，分子吸收紅外輻射后發生振動或轉動能級的躍遷，該處波長的光就會被物質所吸收。所以，紅外光譜法實際上就是一種根據分子內部原子間的相對振動和分子轉動等信息來確定分子結構和鑒別化合物的分析方法。拉曼光譜是一種散射光譜，利用拉曼散射效應對于入射光頻率不同的散射光譜進行分析，從而得到分子轉動、振動的信息，其主要也是進行分子結構研究的一種分析方法。

2.2拉曼癌變檢測

生物體的癌變是指正常細胞中的DNA分子受到了致癌因子的作用而損壞，使遺傳物質發生了突變，間接導致正常細胞變成了不受生物體所控制，并且連續不斷的進行分裂的惡性增殖細胞，這就會導致細胞的癌變。拉曼光譜技術通過分析癌變細胞與正常細胞的拉曼光譜，就可以得知生物體內癌變組織的成分以及含量，為癌癥的早期診斷提供了良好的基礎。人體內的拉曼光譜科技研究雖然已經有些進步，但是距離臨床應用還有一些差距，是當今社會面臨的難題。

3結語

我國早已開始對光譜技術的研究，相關的光譜和光譜成像技術設備的研發及應用也成為重要的研究方向。隨著科技的不斷提高，光譜及光譜成像技術必將會對生物醫學做出巨大的貢獻。

參考文獻

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