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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。
常见药毒物拉曼筛查常见药毒物拉曼筛查引言：药物滥用和毒物中毒是当前社会面临的严重问题之一，对人类健康和社会稳定造成了极大威胁。
为了及时检测和识别这些药毒物，科学家们广泛研究开发了各种先进的检测技术。
其中，拉曼光谱技术以其快速、非破坏性的特点在药毒物的检测中得到了广泛应用。
本文将介绍常见药毒物拉曼筛查的原理、方法和应用。
一、拉曼光谱技术简介拉曼光谱是一种将激光光源经过样本散射后的光谱进行分析和测量的技术。
通过测量样本散射光的频率或波数与入射激光光源的频率或波数之间的差值，可以得到样本的分子振动信息，进而实现对样本的检测和分析。
与传统的质谱、红外光谱等技术相比，拉曼光谱具有非破坏性、高灵敏度、快速分析等优点，适用于药毒物的快速筛查。
二、常见药毒物的拉曼谱图与特征1. 海洛因：海洛因是一种强烈的麻醉剂，很难通过肉眼进行观察和判断。
使用拉曼光谱技术可以快速检测到海洛因的存在。
海洛因的拉曼谱图中，常见特征峰位于约600 cm-1和1600cm-1处，分别对应了其分子中的苯环和酰胺基团。
2. 可卡因：可卡因是一种刺激性和兴奋性药物，使用较为广泛。
通过拉曼光谱技术可以明确识别和鉴别可卡因。
可卡因的拉曼谱图中，主要特征峰位于1060 cm-1和1590 cm-1处，分别对应了其分子中的苯乙酰基和苯环。
3. 氯胺酮：氯胺酮是一种合成麻醉药，常被滥用为迷幻剂。
通过拉曼光谱技术可以快速检测到氯胺酮的存在。
氯胺酮的拉曼谱图中，主要特征峰位于784 cm-1和1093 cm-1处，分别对应了其分子中的氯代烷基和胺基。
三、常见药毒物的拉曼筛查方法拉曼光谱仪通常由光源、光谱仪、采样装置和数据处理软件等组成。
在进行药毒物的拉曼筛查时，一般采用以下步骤：1. 样本采集：使用非粘附性、透明材料制备样品载体，将待检测的样品均匀涂布于样品载体上。
2. 光谱测量：将样品载体放在拉曼光谱仪的采样装置上，通过激光光源照射样品，获取样品的拉曼散射光谱。
显微拉曼光谱技术在生物医学领域的应用研究生物医学领域是人们关注的焦点之一，随着科技的不断发展，我们可以运用各种技术手段来研究和治疗疾病。
其中，显微拉曼光谱技术逐渐成为了生物医学领域的研究热点，它通过分子振动光谱的变化可以分析样本的物质成分和结构。
1.技术原理与特点显微拉曼光谱技术是一种无损、无污染的测试方法，具有非常高的敏感度。
通过照射样本并观测其散射光的强度变化，可以推断出分子的结构和组成。
其中，拉曼效应是显微拉曼光谱技术的基础原理。
在光谱仪的作用下，样品中分子振动，形成一定频率的拉曼散射光。
这些散射光与入射光的能量不同，且带有与样品内部分子的振动情况相关的特征频率。
通过对这些特征频率的分析，从而可以确定样品的成分和结构。
显微拉曼光谱技术具有非常高的空间分辨率，可以观测到极小的横向尺度结构变化，因此被广泛应用于生物医学领域的研究中。
2.应用研究2.1细胞成分定量分析显微拉曼光谱技术可以用于细胞成分的定量分析，通过观测不同细胞内分子的振动方式，就可以推断出成分的含量，从而对细胞进行快速高效的定量分析。
例如，在胰岛细胞研究中，研究人员使用显微拉曼光谱技术来分析不同类型细胞内部的化学成分及其含量，通过对不同细胞中脂肪、糖原、核酸、DNA和RNA的含量进行定量分析，从而对不同类型细胞进行快速鉴定。
2.2病理组织诊断显微拉曼光谱技术还可以用于病理诊断，在临床病理定性分析过程中，它可以对病理组织中的化学成分进行分析，提供更加准确的分子结构信息，从而提高预测准确度。
例如，在乳腺癌筛查方面，研究人员使用拉曼光谱技术对肿瘤组织、正常组织和良性病变组织进行分析，分辨率高达1微米，可以区分出不同组织类型，并得出不同组织中的生物分子成分含量，提高了诊断的准确性。
2.3药物筛选和代谢分析显微拉曼光谱技术也可以用于药物筛选和代谢分析，可以通过观察药物对生物体内分子振动的影响，预测药物的效果。
例如，在预测肝毒性方面，研究人员使用显微拉曼光谱技术对肝脏内部的脂质、糖原、葡萄糖等分子进行了分析，从而得出了药物对肝脏组织的影响，提高了药物筛查的准确性。
药物分析中的表面增强拉曼光谱技术研究近年来，表面增强拉曼光谱技术（Surface-Enhanced Raman Scattering，简称SERS）在药物分析中得到了广泛研究和应用。
SERS 技术通过提供极高的灵敏度和选择性，为药物分子的定性和定量分析提供了重要的手段。
本文将重点探讨SERS技术在药物分析中的应用及其研究进展。
一、SERS技术原理及特点1. SERS技术原理SERS技术是一种基于表面增强效应和拉曼散射理论的分析方法。
当分子吸附在具有纳米结构的金属表面上时，可发生表面增强效应，导致拉曼信号的增强。
SERS信号由受体分子的振动产生，可提供有关其结构、组成、浓度等信息。
2. SERS技术特点SERS技术具有以下几个突出特点：（1）极高的灵敏度：SERS技术可实现对目标分子的检测到单分子水平，其灵敏度远高于传统拉曼光谱技术。
（2）良好的选择性：通过选择合适的金属纳米材料和表面修饰方法，可实现对特定分子的选择性检测。
（3）微型化与快速性：SERS技术可以与微流体芯片结合，实现快速分析，同时具备良好的反应时间和快速数据采集速度。
二、SERS技术在药物分析中的应用1. 药物成分的定性分析SERS技术可用于药物成分的快速鉴定和定性分析。
研究人员通过制备金属纳米结构表面，并将药物样品置于纳米结构上，通过测量其SERS信号特征峰，可以准确判断药物的主要成分。
2. 药物含量的定量分析SERS技术也广泛用于药物中主要成分的定量分析。
通过建立合适的标准曲线和定量模型，可以根据目标成分的SERS特征峰的强度进行药物含量的定量分析。
3. 药物质量控制SERS技术在药物质量控制中发挥重要作用。
通过与传统方法相结合，可以实现对药物样品中有害物质和杂质的及时检测和定量分析，确保药物质量稳定可靠。
4. 药物传递与代谢过程研究SERS技术不仅可以用于药物的分析，还可以在研究药物传递与代谢过程中发挥重要作用。
通过制备SERS活性探针，可以实时监测药物在体内的分布、代谢途径以及与生物分子的相互作用等过程。
表面增强拉曼光谱在药物分析中的应用作者：田三萍蒋屏陈传品来源：《科技风》2018年第20期摘要：表面增强拉曼光谱法作为一种新兴的分析方法，因其高灵敏度、高光谱分辨率、不受水分干扰、能进行无损检测等独特的技术优势已被广泛用于医学、材料、化学等领域。
本文综合论述了SERS的原理及发展历程，重点介绍了其在药物的非法添加，药物的含量检测两个方面的运用现状，并对其发展做了展望。
关键词：表面增强拉曼光谱；药物检测；应用进展1 绪论拉曼光谱是一种分子振动光谱，反映分子振动、转动信息，人们利用拉曼谱线的频率、强度和偏振度的不同，进行物质结构与性质的研究。
拉曼光谱分析法基于1928年C.V拉曼发现的拉曼散射效应。
拉曼散射效应很弱，其散射光强度约为入射光强度的1010，因此，在实际应用中，常需要用到一定的增强手段，如SERS。
表面增强拉曼散射，简称SERS，是指当分子吸附在粗糙贵金属表面或纳米表面上，通过一定增强原理使其拉曼散射信号强度成指数倍数增长的一种光谱现象，常为103106倍，共振时可达10141015。
表面增强拉曼光谱法是指用常规的拉曼光谱法测定这些吸附分子。
1974年Fleischmann等将银电极粗糙化后测定吸附在其上的单层吡啶分子。
SERS作为一种新兴的检测手段，不管是极性分子还是非极性分子均可以产生特定拉曼光谱，现已广泛用于材料、电化学、分析化学、医学等方面。
与IR，NMR及质谱等光学分析方法相比，SERS具有很高的灵敏度可用于单分子检测；水的拉曼响应很弱，可用于含水样本检测。
与HPLC等比，对样本需求量少且纯度要求低，能减少样品的前处理过程节省时间且实现对样本的快速无损检测。
本文将从药物的非法添加及药物的定量分析两方面介绍SERS在药物中的使用。
2 在药物分析中的应用药物指能影响机体生理、生化和病理过程，用以预防、诊断、治疗疾病的物质。
毒胶囊等事件的发生源于对药物缺乏有效检测，进行合理有效检测能保证用药安全，对人类健康有着重要的意义。
拉曼光谱在生物医学中的应用
拉曼光谱在生物医学中的应用是非常广泛的。
它是一种非破坏性的分析技术，能够快速且无需样品制备地测量出样品的化学成分，因此被广泛应用于生物药物分析、生物医学诊断等领域。
首先，拉曼光谱在生物药物分析中具有很大的优势。
现代生物药物的复杂性和多样性，导致了常规的质谱分析不一定可以满足需求，而拉曼光谱可以非常准确地分析出生物药物中的蛋白质、多肽、糖类等成分，同时能够检测出生物药物中的杂质，为药品安全性保障和质量控制提供了可靠手段。
其次，拉曼光谱在生物医学诊断方面也具有广泛的应用。
它可以通过分析体液及组织样品中的小分子代谢产物和蛋白质，实现对疾病状态的快速诊断和监测。
例如，通过对尿液或血液样品的拉曼光谱分析，可以实现对糖尿病、癌症和心血管疾病等多种疾病的诊断。
此外，拉曼光谱还可以在生物组织、生物细胞及其内部结构的分析中发挥作用。
通过对生物细胞和组织样品的拉曼显微镜分析，可以实现对细胞形态、结构和功能等的研究，并为临床医学的诊断和治疗提供了重要的参考。
总之，作为一种高灵敏度、非破坏性的分析技术，拉曼光谱在生物医学领域中有着广泛的应用前景。
随着技术的不断发展和改进，相信它将会为生物医学领域带来更多的突破和进展。
拉曼光谱法在快速筛查紫杉醇脂质体制剂中的应用目的应用拉曼光谱法建立定性鉴别模型，实现紫杉醇脂质体制剂的现场快速筛查。
方法隔包装采集注射用紫杉醇脂质体的拉曼光谱，使用主成分分析（PCA）算法去除包装的干扰信号，提取紫杉醇脂质体的拉曼信号，用经典最小二乘（CLS）建立定性鉴别模型。
对模型进行正向验证和反向验证确定判别的阈值，模型输出的相关系数值同阈值比较进行定性判定。
使用外标法实现方法在三种仪器上的转移。
结果排除玻璃包装的干扰提取的光谱与直接测量的光谱相关系数达0.9744，建立的紫杉醇脂質体定性模型，判断阈值为0.85，正向验证（脂质体制剂）和反向验证（脂质体膜成分和紫杉醇）结果均为通过。
通过使用传递光谱和峰位检索，方法能够在便携式拉曼光谱仪、傅里叶拉曼光谱仪和显微成像拉曼光谱仪上实现转移。
结论本研究所建立的快速筛查方法可满足抗癌类贵重药品的现场和实验室快速筛查，为监管和公安打假提供一种科学有效的手段。
[Abstract] Objective To realize the rapid screening on site，Raman spectroscopy was applied to establish an identification model of paclitaxel liposome preparation. Methods Raman spectra of the whole paclitaxel liposome product with package were first collected，and principal component analysis（PCA）algorithm was then used to extract paclitaxelliposome signals from the identified signals. Classic least squares （CLS）algorithm was used to established the identification model. The threshold was determined by the positive validation and negative challenge tests，and identification results would be get by compare the the correlation coefficients with the threshold. External standard method was utilized to realize the model transfer on three different kinds of Raman spectrometer. Results The correlation coefficient between the extracted spectrum and directly-measured spectrum was 0.9744. The paclitaxelliposome identification model was built with a threshold of 0.85，and results of both positive validation and negative challenge tests were all passed. Model transfer results also indicated that with the use of transfer spectra and peak search，the method established could be used on portable Raman，microscope imaging Raman and FT-Raman spectroscopes. Conclusion The Raman method established in this study could realize expensive anticarcinogen both on-site non-invasively and laboratory use，which can provide a scientific and efficient means for regulation and crackdown on counterfeit expensive medicine.[Key words] Raman spectroscopy；Classic least squares algorithm；Paclitaxel liposome；Counterfeit medicines公安机关公布的假药案件中，假冒抗癌类药物日渐猖獗。
㊃综述㊃D O I:10.3969/j.i s s n.1672-9455.2024.04.025拉曼光谱用于细菌快速药敏检测的研究进展*杨文旭,张心宇,刘旭综述,刘禹ә审校哈尔滨医科大学附属第四医院检验科,黑龙江哈尔滨150000摘要:致病菌对人类健康构成重大威胁,抗菌药物的滥用导致了细菌耐药性的发展和传播㊂目前,临床微生物室常用的药敏试验,如纸片扩散法㊁浓度梯度纸条扩散法㊁肉汤稀释法和全自动药敏分析等都是基于细菌生长的方法,且操作流程繁琐,需要8~16h才能出结果㊂该文从快速药敏检测(R A S T)的研究出发,重点叙述了拉曼光谱在R A S T领域的研究进展㊂利用拉曼光谱对细菌进行基于代谢表型的药敏检测,检测时间明显缩短,优于常规基于细菌生长的药敏方法㊂但该方法缺少大规模的临床分离株验证,而且难以实现临床标本中细菌的免分离检测㊂该文对R A S T技术的临床验证㊁可重复性评估㊁临床适用性评估㊁准确性评估㊁拉曼光谱与电阻抗及微流控技术的创新结合及其在复杂临床标本中直接药敏检测等方面进行展望㊂关键词:拉曼光谱;快速药敏检测;细菌;光学;微流控中图法分类号:R446.5文献标志码:A文章编号:1672-9455(2024)04-0542-06A d v a n c e s i n R a m a n s p e c t r o s c o p y f o r r a p i d d r u g s u s c e p t i b i l i t y t e s t i n g*Y A N G W e n x u,Z HA N G X i n y u,L I U X u,L I U Y uәD e p a r t m e n t o f C l i n i c a l L a b o r a t o r y,t h e F o u r t h A f f i l i a t e d H o s p i t a l o f H a r b i nM e d i c a l U n i v e r s i t y,H a r b i n,H e i l o n g j i a n g150000,C h i n aA b s t r a c t:P a t h o g e n i c b a c t e r i a p o s e a m a j o r t h r e a t t o h u m a n h e a l t h,a n d t h e a b u s e o f a n t i b i o t i c s h a s l e d t o t h e d e v e l o p m e n t a n d s p r e a d o f b a c t e r i a l r e s i s t a n c e.A t p r e s e n t,t h e c o mm o n l y u s e d a n t i m i c r o b i a l s u s c e p t i b i l i t y t e s t i n g i n c l i n i c a l m i c r o b i o l o g y l a b o r a t o r y,s u c h a s d i s k d i f f u s i o n m e t h o d,c o n c e n t r a t i o n g r a d i e n t s t r i p d i f f u s i o n m e t h o d,b r o t h d i l u t i o n m e t h o d a n d a u t o m a t i c a n t i m i c r o b i a l s u s c e p t i b i l i t y a n a l y s i s a r e b a s e d o n b a c t e r i a l g r o w t h m e t h o d s,a n d t h e o p e r a t i o n p r o c e s s i s c u m b e r s o m e,w h i c h t a k e s8-16h o u r s t o g e t t h e r e s u l t s.T h i s r e v i e w f o c u s e s o n t h e r e s e a r c h p r o g r e s s o f R a m a n s p e c t r o s c o p y i n t h e f i e l d o f r a p i d a n t i m i c r o b i a l s u s c e p t i b i l i t y t e s t i n g(R A S T).T h e d e t e c t i o n t i m e o f m e t a b o l i c p h e n o t y p e-b a s e d a n t i m i c r o b i a l s u s c e p t i b i l i t y t e s t i n g b y R a-m a n s p e c t r o s c o p y i s s i g n i f i c a n t l y s h o r t e r t h a n t h a t o f t h e c o n v e n t i o n a l g r o w t h-b a s e d a n t i m i c r o b i a l s u s c e p t i b i l i-t y t e s t i n g.H o w e v e r,t h i s m e t h o d l a c k s l a r g e-s c a l e v a l i d a t i o n o f c l i n i c a l i s o l a t e s,a n d i t i s d i f f i c u l t t o a c h i e v e t h e i s o l a t i o n f r e e d e t e c t i o n o f b a c t e r i a i n c l i n i c a l s a m p l e s.I n t h i s p a p e r,t h e c l i n i c a l v a l i d a t i o n,r e p e a t a b i l i t y e v a l u a-t i o n,c l i n i c a l a p p l i c a b i l i t y e v a l u a t i o n,a c c u r a c y e v a l u a t i o n,i n n o v a t i v e c o m b i n a t i o n o f R a m a n s p e c t r o s c o p y w i t h e l e c t r i c a l i m p e d a n c e a n d m i c r o f l u i d i c c o n t r o l t e c h n o l o g y,a s w e l l a s i t s d i r e c t a n t i m i c r o b i a l d e t e c t i o n i n c o m-p l e x c l i n i c a l s a m p l e s a r e p r o s p e c t e d.K e y w o r d s:R a m a n s p e c t r o s c o p y;r a p i d a n t i m i c r o b i a l s u s c e p t i b i l i t y t e s t i n g; b a c t e r i a;p h o t o l o g y; m i c r o f l u i d i c c o n t r o l细菌感染每年导致全球800多万人死亡,占所有报告的与感染有关的死亡人数的50%以上[1]㊂在得到准确的药敏结果前,30%~50%的细菌感染患者接受的一线抗菌药物治疗无效,而且每延迟1h给予正确的抗菌药物治疗,患者的存活率就会下降10%[2-4]㊂为了缩短药敏检测时间,各种快速药敏检测(R A S T)方法被开发出来,如基于光学㊁电阻抗㊁微流控㊁质谱及拉曼光谱等原理的技术,这些技术主要是基于细菌生长或代谢表型的药敏检测㊂但由于不同细菌繁殖速度存在差异,基于细菌生长的技术可能受限,在抗菌药物作用下,细菌代谢表型的变化会更快㊂以细菌代谢表型检测为目的的基于拉曼光谱的药敏检测技术已被证明是有前途的R A S T替代方案[5-7]㊂本文分析细菌耐药性的流行病学现状和R A S T发展现状,进一步讨论基于细菌代谢表型检测的拉曼光谱在R A S T方面的研究进展,为R A S T的研究提供新㊃245㊃检验医学与临床2024年2月第21卷第4期 L a b M e d C l i n,F e b r u a r y2024,V o l.21,N o.4*基金项目:国家自然科学基金项目(82272389)㊂ә通信作者,E-m a i l:r a i n f a l l1982@163.c o m㊂思路㊂1 R A S T发展现状1.1基于光学原理的R A S T方法 Z H A N G等[8]通过大体积溶液散射成像(L V S I)系统直接对临床尿液标本成像,并使用单细胞分裂跟踪方法分析尿液病原菌图像,在60m i n内就得到了药敏结果,与金标准药敏结果完全一致㊂C A N S I Z O G L U等[9]开发了一种快速超灵敏探测器(R U S D)药敏检测平台,可以检测到极低细胞密度的细菌,在2~4h内可测得常用抗菌药物对金黄色葡萄球菌㊁铜绿假单胞菌和大肠埃希菌的最低抑制浓度(M I C)㊂1.2基于电阻抗原理的R A S T方法H A N N A H 等[10]用琼脂糖基水凝胶沉积物修饰丝网印刷电极,将敏感和耐药的金黄色葡萄球菌菌株置于含有抗菌药物的电极上,利用电化学阻抗谱(E I S)和差分脉冲伏安法(D P V)监测细菌生长并建立生长曲线,在45m i n 内即可区分敏感菌和耐药菌㊂P I T R U Z Z E L L O等[11]基于电阻抗可直接检测活细菌代谢的原理,研究抗菌药物处理下单个细菌的电反应,可在30~60m i n内测得药敏结果㊂1.3基于微流控技术的R A S T方法 L I等[12]开发了一种在单细胞水平进行快速病原体分类和药敏试验的适应性微流控系统,通过结合可调微流体阀和实时光学检测,细菌被捕获并根据其物理特征进行分类,在单细胞水平监测它们在抗菌药物作用下的生长,最短30m i n就可以确定细菌的耐药性㊂K A N-D A V A L L I等[13]也提出了一种在微流控芯片中基于单细胞水平的药敏检测方法,该研究使用4种抗菌药物和7种细菌的混合标本进行检测,可在2h内确定混合标本中各种细菌的药敏谱㊂1.4其他R A S T方法 Z H A N G等[14]通过核苷酸胶体染料(S Y B R G r e e nⅠ)和碘化丙啶(P I)染色,在30~60m i n内检测到100株肺炎克雷伯菌临床分离菌株对4种不同抗菌药物的耐药性㊂KÁL L A I等[15]提出了一种基于流式细胞术的R A S T方法,在培养4 h后就能观察到细菌的生长,药敏结果的准确率在87%以上㊂L I等[16]采用基质辅助激光解吸/电离时间飞行质谱法(MA L D I-T O F M S)检测了大肠埃希菌在有无黏菌素条件下的生长状况,大肠埃希菌与抗菌药物孵育2h后,根据敏感株和耐药株之间的相对生长值测定了黏菌素的M I C㊂Y A N G等[17]以肺炎克雷伯菌和环丙沙星为细菌-抗生素模型,采用R N A测序技术确定了细菌暴露于抗菌药物后的R N A标志物用于药敏检测,肺炎克雷伯菌暴露于环丙沙星10m i n 就可检测到R N A标志物的变化,然后通过实时定量P C R在11株肺炎克雷伯菌分离株中进行验证,准确度良好㊂2拉曼光谱的基本原理及优势拉曼光谱基于非弹性散射原理,是一种非侵入性光谱技术,可用于分子表征和成像,具有高空间分辨率㊂在生物学中,它特别适用于生物分子的鉴定和细胞的光谱特征分析[18]㊂传统的拉曼光谱信号强度低㊁抗干扰能力弱,检测时需要较长的积分时间[19-20],限制了其在R A S T中的应用㊂表面增强拉曼光谱(S E R S)相比于自发拉曼光谱,有高灵敏度的优点[21],其基于离域电子集体相干振荡导致的激光与电磁场耦合,在金属纳米结构之间的间隙连接处或纳米间隙处通过局部表面等离子体共振产生 热点 ,从而产生强大的局部电磁场聚焦增强[22],可以将吸附在金或银纳米粒子上分子的拉曼信号增强1010~1014倍[23]㊂共聚焦拉曼光谱(C R S)能有效消除焦平面外的信号干扰,其空间分辨率㊁信噪比㊁精度等性能均高于普通拉曼光谱,它与显微技术联用,结合可移动的扫描平台,可在三维空间中精确定位样品和成像[24]㊂受激拉曼光谱(S R S)是一种无损的㊁无标记的振动光谱学方法,通过相干激发分子键振动并保留光谱指纹,克服了传统的自发拉曼散射固有缺点,可实现高速㊁高化学特异检测[25-26]㊂此外,S R S成像比传统自发拉曼成像速度快1000倍以上,且不受样品自发荧光干扰[27]㊂3拉曼光谱技术在R A S T领域中的应用3.1基于单细菌分子表型的R A S T 基于单细菌分子表型的R A S T可以省去细菌增殖所需时间㊂目前,基于单细胞水平的快速分子表型的药敏检测,主要依赖于活细菌对重水(D2O)的代谢摄入,生成细菌内部的生物分子,比如脂质和蛋白质等,通过检测C-D峰的强度可以实现抗菌药物M I C的快速检测㊂C-D峰位于拉曼光谱的2040~2300c m-1波段,该波段通常在未进行D2O标记的细菌中无可检测到的拉曼峰,具有高特异性㊂见图1[28]㊂此外,在含有D2O的培养基中生长的细菌C-D峰的强度变化与活细菌的代谢活性呈正相关[5,7,29-31]㊂任何活细菌的代谢都需要水,因此,在含有D2O 的培养基中生长的活细菌都会生成代谢表征的C-D 峰,这决定了C-D峰可作为分辨单细菌细胞代谢活动的通用生物标志物㊂在基于培养的药敏检测方法中,细菌增殖一代的时间比开始出现代谢表征的时间长,而且不同种细菌的生长时间差异也会使药敏时间难以缩短,因此,基于C-D峰的单细胞拉曼药敏检测方法在R A S T领域中有着极好的应用前景㊂在目前的研究中,运用单细胞拉曼技术进行M I C 的快速测定大致分为3步:(1)细菌在含有不同浓度梯度抗菌药物的培养基中先孵育1~2h;(2)按体积㊃345㊃检验医学与临床2024年2月第21卷第4期 L a b M e d C l i n,F e b r u a r y2024,V o l.21,N o.4比向培养基中加入D 2O (目前报道30%~100%D 2O浓度),同时保证培养基浓度和药物浓度与初始一致,继续孵育30m i n 左右;(3)根据耐药组和敏感组的相对C -D 比,即C -D /(C -H+C -D )来设定c u t o f f 值以测定M I C㊂图1 铜绿假单胞菌在正常和含D 2O 的培养基中培养3h 后的S R S 光谱3.1.1 运用C R S 技术进行R A S T T A O 等[32]证明了基于D 2O 活菌代谢标记的单细胞拉曼光谱可以检测细菌对抗菌药物的反应,2040~2300c m -1波段的C -D 拉曼带可作为单细菌代谢活性的通用生物标志物㊂Y A N G 等[5]开发了适用于临床尿液标本直接药敏检测的单细胞拉曼光谱技术,基于活菌的D 2O代谢掺入,通过相对C -D 比设置S /R 截止值用于药敏结果判读,达到了从接收尿液标本到结果读取总检测时间缩短至2.5h ,且准确度高的效果㊂Y U A N 等[33]将31株伊丽莎白菌分别与8种不同浓度抗菌药物和40%D 2O 共孵育,4h 即可测定抗菌药物的M I C ,除头孢吡肟外,其他7种抗菌药物的单细胞拉曼药敏结果与金标准药敏结果一致率为94%㊂在该研究中,头孢吡肟所测药敏结果与金标准结果不一致可能是因为不生长但代谢活跃的细菌存在,这种特性可能会影响药敏结果的准确性,也会成为细菌感染治疗后复发的根源[33]㊂因此,临床可以通过单细胞拉曼药敏检测技术来评估抗菌药物疗效,更好地指导临床给药㊂3.1.2 运用S R S 技术进行R A S T 快速准确的药敏试验对于多药耐药菌的安全㊁有效和环境友好型治疗至关重要[34]㊂Z H A N G 等[20]利用飞秒受激拉曼散射成像对经过70%D 2O 培养基和不同浓度抗菌药物孵育后的细菌进行单细胞成像,在不到2.5h 测定了14种抗菌药物对临床常见8种病原菌的M I C 值,与金标准药敏结果的符合率为94.6%㊂此外,该研究制备了模拟尿液和血液标本,通过直接过滤的方法分离细菌进行药敏检测,准确度良好㊂此外,Z H A N G 等[28]在单细胞水平上,通过S R S 成像监测抗菌药物作用下的D 2O 活菌代谢掺入,在2.5h 内测得抗菌药物的单细胞代谢失活浓度㊂该方法还适用于尿液或血液等复杂生物标本的直接R A S T ㊂3.2 基于多细菌分子表型的R A S T 虽然基于单细菌分子表型的R A S T 方法具有一定优势,但由于细菌是活体,同种菌的不同个体状态在不同时间或空间可能不同,这会影响药敏结果的准确性㊂因此,有研究者开发了基于多细胞水平分子表型检测的R A S T 方法,这种方法主要依赖于S E R S 技术㊂C H A N G 等[35]开发了集成膜过滤和S E R S 活性衬底的微流控系统,微通道内腔室的膜可过滤和浓集细菌,注射泵将培养基㊁抗菌药物和洗涤液等注入其中,在过滤室中培养细菌,细菌释放的代谢物被输送到附着S E R S 衬底的微通道中进行检测,药敏检测时间明显缩短㊂F U 等[36]筛得一种带负电荷的适配子,与细菌特异性结合,利用粗糙金属纳米颗粒的信号放大作用,测定了大肠埃希菌O 157ʒH 7和金黄色葡萄球菌在不同浓度抗菌药物作用下的拉曼光谱,首次发现735c m -1可作为标志峰位置,基于此峰强度的变化,在1h 内可测得药物的M I C ㊂H I L T O N 等[37]将纳米银颗粒印在S E R S 纸传感器上,利用便携式拉曼光谱仪对不同β-内酰胺类抗菌药物耐药的大肠埃希菌进行检测,在2.5h 内即可完成大肠埃希菌的耐药分析㊂新型R A S T 技术汇总见表1㊂表1 新型R A S T 技术汇总方法简述标本类型时间细菌特点是否为单细胞生长/代谢参考文献光学大体积溶液散射成像和单细胞分裂跟踪法尿液1h大肠埃希菌准确度高,灵敏度高;缺乏临床标本验证是生长[8]光学R U S D纯培养菌落2~4h金黄色葡萄球菌㊁铜绿假单胞菌和大肠埃希菌可测定M I C ,灵敏度高,成本低;缺乏临床标本验证否生长[9]E I S +D P V含抗菌药物的琼脂糖基水凝胶沉积物修饰丝网印刷电极纯培养菌落45m i n 至2.5h金黄色葡萄球菌㊁大肠埃希菌灵敏度高,成本低㊁重复性好;不适于生长慢的细菌否生长[10]E I S +微流控电阻抗可直接检测活细菌代谢纯培养菌落30~60m i n大肠埃希菌可测定M I C ,灵敏度高;缺乏临床标本验证是代谢[11]㊃445㊃检验医学与临床2024年2月第21卷第4期 L a b M e d C l i n ,F e b r u a r y 2024,V o l .21,N o .4续表1新型R A S T技术汇总方法简述标本类型时间细菌特点是否为单细胞生长/代谢参考文献微流控在微流控芯片中基于单细胞水平的药敏检测尿液㊁全血㊁不同细菌混合样品2h大肠埃希菌㊁肺炎克雷伯菌㊁铜绿假单胞菌㊁奇异变形杆菌㊁鲍曼不动杆菌㊁金黄色葡萄球菌等设备简单,混合细菌标本直接检测;对初始菌量有要求是生长[12][13]化学染色S Y B R G r e e nⅠ和P I的活细菌染色纯培养菌落30~60m i n肺炎克雷伯菌操作简单,准确度高;缺乏临床标本验证否生长[14]流式细胞术监测抗菌药物作用下细菌的生长纯培养菌落4h大肠埃希菌㊁肺炎克雷伯菌㊁铜绿假单胞菌㊁金黄色葡萄球菌等可测定M I C,成本低,重复性好,准确度高;缺乏临床标本验证否生长[15]质谱监测细菌在有/无黏菌素条件下的生长纯培养菌落2h大肠埃希菌可测定M I C,操作简单,灵敏度高;成本高,仅研究了多黏菌素耐药基因(m c r)阳性或m c r阴性大肠埃希菌否生长[16]R N A测序确定细菌暴露于环丙沙星后的R N A标志物纯培养菌落10m i n肺炎克雷伯菌可测定M I C,准确度高;流程复杂,需要高接种量否代谢[17]C R S/C R S显微技术细菌代谢掺入D2O,检测C-D带强度纯培养菌落㊁尿液0.5~4.0h常见口腔感染细菌㊁尿路感染细菌和血流感染细菌可测定M I C,可区分活菌和死菌,准确度高㊁灵敏度高㊁可以成像;缺乏临床标本验证是代谢[5][31][32]S R S/S R S显微技术细菌代谢掺入D2O,检测C-D带强度纯培养菌落㊁尿液㊁全血2.5~3.0h常见尿路感染细菌和血流感染细菌可测定M I C,灵敏度高㊁可飞秒成像;缺乏临床标本验证是代谢[34][35]S E R S技术检测特定拉曼峰强度变化纯培养菌落1.0~2.5h大肠埃希菌㊁金黄色葡萄球菌㊁伤寒沙门菌可测定M I C,成本低,灵敏度高,护理点检测;缺乏临床标本验证否代谢[36][37][38]4结论与展望基于细菌生长和代谢表型的R A S T技术相较于传统药敏方法的检测时间明显缩短,其中,运用拉曼光谱技术在细菌代谢表型水平进行R A S T具有很好的应用前景㊂虽然微流控㊁电阻抗和S Y B R G r e e nⅠ活菌染色等技术平均药敏检测时间为1h左右,但适用的细菌和抗菌药物都比较局限,也无法识别菌群中的异耐药菌,而且检测结果的准确性缺乏大标本量的验证㊂此外,这些基于生长的药敏检测对细菌的初始接种量有要求,而且细菌在刚接种到培养基中会经历1~3h的迟缓期,很难检测到数量上的微弱变化,还易受到细菌本身状态和环境等因素的影响㊂基于R N A测序的药敏检测目前只对环丙沙星作用于大肠埃希菌有研究,虽然其属于细菌代谢表型检测的R A S T,但操作复杂,初始菌量要求高,难以满足临床要求㊂基于单细菌和多细菌代谢表型的R A S T 技术准确度高㊁灵敏度高,但仍有许多不足之处:(1)缺乏大规模临床分离株和抗菌药物的验证;(2)缺乏标准化的检测流程㊁不能做质控和室间比对等;(3)细菌个体的异质性会影响单细菌药敏检测的准确性;(4)对于S E R S的药敏检测,增强基底合成复杂,容易受到残留培养基和其他成分的干扰,可重复性低等;(5)适用的标本类型局限于纯培养菌落㊁尿液和全血标本,而对于复杂的痰液㊁粪便等标本的直接药敏检测鲜有研究㊂未来还需要对基于细菌生长和代谢表型检测的R A S T技术进行大量的临床分离株和抗菌药物验证,并对检测结果的准确性进行评估;其次是标本处理流程的标准化,做好质控和室间比对,提高检测的可重复性和临床适用性;进行拉曼光谱药敏检测时要引入合适的内标,消除复杂因素对检测的影响,也可以将拉曼光谱与电阻抗㊁微流控㊁化学染色等技术相结合,开发更快㊁更准确㊁重复性更好的R A S T方法,实现在复杂标本中直接进行细菌快速鉴定及药敏检测㊂㊃545㊃检验医学与临床2024年2月第21卷第4期 L a b M e d C l i n,F e b r u a r y2024,V o l.21,N o.4参考文献[1]F U R S T A L,F R A N C I S M B.I m p e d a n c e-B a s e d d e t e c t i o n o f b a c t e r i a[J].C h e m R e v,2019,119(1):700-726.[2]L I Y Y,Y A N G X,Z HA O W A.E m e r g i n g m i c r o t e c h n o l o-g i e s a n d a u t o m a t e d s y s t e m s f o r r a p i d b a c t e r i a l i d e n t i f i c a-t i o n a n d a n t i b i o t i c s u s c e p t i b i l i t y t e s t i n g[J].S L A S T e c h n-o l,2017,22(6):585-608.[3]K UMA R A,R O B E R T S D,WO O D K E,e t a l.D u r a t i o n o fh y p o t e n s i o n b e f o r e i n i t i a t i o n o f e f f e c t i v e a n t i m i c r o b i a l t h e r a p y i s t h e c r i t i c a l d e t e r m i n a n t o f s u r v i v a l i n h u m a n s e p t i c s h o c k[J].C r i t 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药物分析中的表面增强拉曼光谱法在药物研究领域，准确地分析和鉴定药物成分及其结构是至关重要的。
传统的光谱方法，如红外光谱和核磁共振等，已经广泛应用于药物分析中。
然而，这些方法在灵敏度和分辨率方面存在一定的限制。
近年来，表面增强拉曼光谱法（Surface Enhanced Raman spectroscopy, SERS）作为一种新兴的分析技术，得到了研究学者的广泛关注。
SERS是一种通过与金属纳米颗粒相互作用，强化原本很弱的拉曼散射信号的技术。
金属纳米颗粒的表面电荷引发了电磁场的局域增强效应，从而使荧光分子的拉曼散射强度增大数百万倍。
这种增强效应使得SERS在药物分析领域具有巨大的潜力。
为了使用SERS技术进行药物分析，首先需要在金属纳米颗粒上制备药物的增强剂。
常用的增强剂材料包括银、金和铜等金属纳米颗粒。
这些金属纳米颗粒的大小和形状对SERS信号的增强效果有着重要的影响。
通过调控纳米颗粒的形貌和尺寸，可以实现对SERS信号的增强和选择性放大。
研究人员通常使用溶液化学法、湿化学方法和蒸发诱导自组装等方法来合成具有特定形貌和尺寸的金属纳米颗粒。
制备好增强剂后，将药物样品与增强剂进行复合，然后通过光谱仪或显微镜来测量样品的SERS信号。
SERS光谱图能够提供药物分子的特征振动频率和结构信息，从而实现对药物成分的准确鉴别和测定。
与传统的荧光光谱相比，SERS光谱具有高灵敏度、无需标记和无需复杂的样品处理等优点，因此在药物分析中具有广泛的应用前景。
除了用于鉴别和定量分析外，SERS技术还可用于药物的质量控制和过程监测。
药物的生产和质量控制过程中，需要对原料药和中间体进行快速鉴别和定量。
传统的分析方法需要样品的提取和纯化，这会耗费大量时间和资源。
而SERS技术可以在不同生产阶段实时监测药物的成分和结构，提高了药物的生产效率和质量稳定性。
此外，SERS还可用于药物代谢动力学和药物传递研究中。
通过将药物与带有SERS增强剂的纳米颗粒相结合，可以实现对药物在体内的分布和代谢过程的实时监测。
