光谱及光谱成像技术在生物医学领域的应用分析

宋航宇

摘 要 近些年来，光谱成像技术在生物医学方面的运用越来越频繁，其可以通过仪器直观的将人体的细胞以及组织的化学组分表达出来。本文中，主要对新时代下的光谱技术进行了探索与分析，根据光谱成像技术的特点，讲述了光谱成像技术在生物医学方面的发展，包括了七种应用，为生物医学的进一步发展提供了良好的保障。

关键词 光谱 光谱成像 生物医学应用

中图分类号：O433 文献标识码：A

早在十九世纪，光谱就被提出做一些化学分析的课题，这项技术就已经渐渐成熟，并且在各个领域中都有运用。现如今借助二维成像技术，将之与光谱技术融合，就形成了光谱成像技术。光谱成像技术相关设备的研发更是成为了我国近些年来的主流研究方向。人们希望可以通过这项技术明确的看出人体内各个细胞、组织的化学组分图像，下面就对光谱成像技术在生物医学中的七种应用进行分析和介绍。

1光谱成像技术在生物医学中的应用

1.1荧光多标记共定位

这种标记方法可以跟随着人体内组织及细胞的具体变化，是我们近几年内研究的主要部分，其原理是利用光谱成像技术在荧光显微镜下可以对空间之内的重叠两个或者更多个的细胞或组织进行荧光标记，其发射的波长是相对独立的，所以可以看到不同的成分是位于细胞的同一位置或者接近另一个的位置。在以前的单染料或双染料标记方法中，由于人体内需要标记的成分过多，并且极其繁杂，这种方法不能满足使用需求。现在的荧光标记方法可以打破传统标记方法的弊端，并且技术已经相对成熟，可以更有效的对生物体内分子进行标记。

1.2染色体核型分析

染色体核型就是指体细胞染色体在一些光學显微镜下可以被测量的表型特征的总体称呼。染色体核型分析也就是根据染色体的长度、着丝点位置、臂比、随体的总体特征，并且借助染色体分带技术对具体生物的染色体进行剖析，对比，排列、编号。这种分析方法主要是以体细胞分裂中期的染色体为研究主要目标。光谱核形分析就是利用多色荧光原位杂交技术来进行成像的一个过程，一次性可以分辨出二十四条染色体，这种技术的成熟也就意味着我们可以检查出生物体内是否有一些染色体缺少或者发生了突变，从而判断出生物发病的原因。近些年来，采用荧光原位杂交技术，把荧光素标记的探针用作染色体核型分析，可以更准确地分析染色体核型，通过这种方法我们可以直接判断出染色体上各个碱基的差别。

1.3眼底病变检测

随着时代的进步，科技的发展，现在的高科技产品越来越新颖，导致了不同年龄段都有眼睛疾病。关于眼睛的病变能够发生在任何组织或细胞，通常情况下，眼科医生对患者眼部做的初阶简单检查只是通过肉眼判断，若发现了有变异的位置再对其进行具体检查，由于普通的眼部炎症疾病与癌变状况相似，肉眼及检查设备对颜色的判断不准确，所以并不能精确的判断出癌变的具体细胞。近些年研发的光谱能够更直观的判断出癌变细胞，这种技术现已被广泛应用，可以检查出眼底的具体的彩色图像，从而更准确的判断眼部病因，更有利于检查眼部病因。

1.4癌变检测

在目前，光谱成像技术在癌变方面的应用越来越多，一般可以将之分为两种方法，一是微观光谱成像，也就是把成像光谱和显微镜联合，用这种方法可以明显的看出人体内的细小生化特点，更有利于检查及判断病因。二是宏观光谱成像，也就是把成像光谱仪用作生物体内的图像搜集，也可以将其和内窥镜结合来对体内的一些组织进行成像。这两种检测方法目前只是在理论上可行，在实际应用中还并未投入使用，所以这种方法并不一定可以取代传统的方法。

1.5生物芯片检测

随着科技的发展，对于芯片检测技术的需求一直在提高，我国关于生物芯片的研究进程从未停止，其发展速度也是十分迅速。普通的芯片中存在很多不同种类的生物组成，各个成分可能会同一时间产生不同类别的反应，所以简单的检测技术是无法满足的，无法对整体芯片中具体信息进行准确无误的分析。把光谱成像和CCD扫描仪结合到一起，我们就能够在同一时间获得生物芯片具体的二维图形和一维光谱信息，这种融合到一起的方法可以除掉荧光和重叠的干扰，并且还可以提高检测的精密度。

2光谱技术在生物医学中的应用

2.1无损血糖检测

在我国的传统血糖检测中，医生往往要通过患者的血液血糖来判断其是否需要进行下一步治疗，患者通常都经受着身体与心理的痛苦，但是如果利用光谱无损血糖检测方法，就会防止传统方法给患者带来的伤痛。这项技术主要包括红外光谱、近红外光谱以及拉曼光谱等几个类型。其中红外光谱是通过一束红外光通过物质，物质中的某个集团的振动或转动频率和红外光的频率一样时，分子吸收红外辐射后发生振动或转动能级的跃迁，该处波长的光就会被物质所吸收。所以，红外光谱法实际上就是一种根据分子内部原子间的相对振动和分子转动等信息来确定分子结构和鉴别化合物的分析方法。拉曼光谱是一种散射光谱，利用拉曼散射效应对于入射光频率不同的散射光谱进行分析，从而得到分子转动、振动的信息，其主要也是进行分子结构研究的一种分析方法。

2.2拉曼癌变检测

生物体的癌变是指正常细胞中的DNA分子受到了致癌因子的作用而损坏，使遗传物质发生了突变，间接导致正常细胞变成了不受生物体所控制，并且连续不断的进行分裂的恶性增殖细胞，这就会导致细胞的癌变。拉曼光谱技术通过分析癌变细胞与正常细胞的拉曼光谱，就可以得知生物体内癌变组织的成分以及含量，为癌症的早期诊断提供了良好的基础。人体内的拉曼光谱科技研究虽然已经有些进步，但是距离临床应用还有一些差距，是当今社会面临的难题。

3结语

我国早已开始对光谱技术的研究，相关的光谱和光谱成像技术设备的研发及应用也成为重要的研究方向。随着科技的不断提高，光谱及光谱成像技术必将会对生物医学做出巨大的贡献。

参考文献

[1] 张建寰，张陈涛，卓勇，陈延平，林珊，孔令华.多光谱阴道镜的微型化多通道滤光片设计[J].光学精密工程. 2012（09）.

[2] 张振奇，卢漫.光声成像的研究进展[J].实用医院临床杂志. 2015（02）.endprint