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BioRam 活體單細(xì)胞顯微激光拉曼光譜儀
拉曼散射技術(shù)與熒光光譜與紅外光譜等技術(shù)相比,不僅具有可在無須熒光標(biāo)記情況下對活細(xì)胞進(jìn)行基本無擾、原位測定的優(yōu)點(diǎn),而且拉曼光譜不受水的干擾。故拉曼光譜技術(shù)在研究測定活細(xì)胞尤其是連續(xù)監(jiān)測單個活細(xì)胞上有無可比擬的突出優(yōu)點(diǎn)。
BioRam 活體單細(xì)胞顯微激光拉曼光譜儀可在無任何標(biāo)記情況下對活細(xì)胞進(jìn)行三維掃描測定其分子分布,更具優(yōu)越性。BioRam 活體單細(xì)胞顯微激光拉曼光譜儀為醫(yī)師，藥師和生物學(xué)家提供了利用拉曼光譜的便利的工具，BioRam系統(tǒng)中顯微鏡，拉曼光譜和特殊定制軟件的**組合，不僅可以識別各種基團(tuán)，還可以對化合物進(jìn)行高**度分析，且對活細(xì)胞不需要使用生化標(biāo)記物，熒光標(biāo)記物或者抗體，對活細(xì)胞****。
系統(tǒng)亮點(diǎn)概述
（1）對于細(xì)胞活力和培養(yǎng)性沒有限制
相比于利用FACS或MACS原理來進(jìn)行細(xì)胞識別的儀器，BioRam拉曼光譜儀無需使用磁珠，生化標(biāo)記物或熒光標(biāo)記物，可在整個過程中保持細(xì)胞的活性。
測試后的細(xì)胞可以傳代培養(yǎng)以用于進(jìn)一步的實(shí)驗(yàn)。在這種過程中，由于細(xì)胞的活性保持不變，所以可以對癌細(xì)胞的特征進(jìn)行分析，并可以對它們與各種活性物質(zhì)相互作用的效果進(jìn)行分析。BioRam的應(yīng)用范圍涵蓋從生物研究到臨床實(shí)踐，可對病人的具體**決策進(jìn)行支持。
圖2 對細(xì)胞表面氨基酸的拉曼指紋圖譜分析
（2）即使在液體環(huán)境中，也可對細(xì)胞進(jìn)行**分析
并非所有的細(xì)胞都具有清晰可辨的表面標(biāo)志物。但在區(qū)分癌細(xì)胞與健康細(xì)胞、或干細(xì)胞等具有分化能力的細(xì)胞過程中，Rarnan光譜顯著優(yōu)于其它方法。BioRam技術(shù)可以對細(xì)胞表面基團(tuán)標(biāo)志物進(jìn)行**分析，例如對于紅細(xì)胞，白細(xì)胞，急性髓性白血病細(xì)胞或乳腺癌細(xì)胞等[2,3]。所以該技術(shù)可以對未定影的組織或活檢材料，如致病血液細(xì)胞等進(jìn)行診斷快速和可靠地識別。同樣，干細(xì)胞也可以應(yīng)用這種原理從外周血或臍帶血中分離出來，以用在對它們的自然狀態(tài)的研究或**方法中。
圖3 對于不同血液細(xì)胞的拉曼光譜分析
（3）測量技術(shù)簡單易行
樣品不用特別制備。可以直接使用活體組織或在水溶液中對細(xì)胞進(jìn)行測量。同樣，細(xì)胞可以放在與拉曼光譜儀兼容的培養(yǎng)皿中或者微流控芯片中分析。直接“點(diǎn)擊運(yùn)行”即可獲取高質(zhì)量光譜數(shù)據(jù)，所產(chǎn)生的光譜與數(shù)據(jù)庫比較可以分析細(xì)胞類型和狀態(tài)。同時，原始數(shù)據(jù)和所有顯微鏡和激光的設(shè)置參數(shù)也被保存，為測量的后續(xù)實(shí)驗(yàn)提供依據(jù)，以進(jìn)行進(jìn)一步的分析。
（4）允許培養(yǎng)組織進(jìn)行非侵入性分析
該BioRam系統(tǒng)允許培養(yǎng)組織進(jìn)行非侵入性分析。例如，在自體軟骨移植的軟骨細(xì)胞的生存能力和純度以及它們的分化狀態(tài)可用BioRam系統(tǒng)進(jìn)行Raman光譜的測試[4]。此外利用BioRam系統(tǒng)對人類皮膚成纖維細(xì)胞，角質(zhì)形成細(xì)胞，黑素細(xì)胞和角質(zhì)形成細(xì)胞在活體條件下進(jìn)行的分析[5]，在間充質(zhì)干細(xì)胞的培養(yǎng)過程中，基質(zhì)成纖維細(xì)胞的污染也被證實(shí)具有高度的特異性 [6]。這開辟了許多可能的應(yīng)用領(lǐng)域，例如在在細(xì)胞培養(yǎng)和組織工程中監(jiān)測和質(zhì)量控制。
3、適用范圍
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在沒有標(biāo)記物和生理?xiàng)l件下，對各種微小有機(jī)體，細(xì)胞系，原代細(xì)胞和組織進(jìn)行拉曼光譜分析，確定細(xì)胞類型和活動狀態(tài)；
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區(qū)分不同的干細(xì)胞類型或確定它們的分化階段；
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監(jiān)測并記錄在細(xì)胞和組織培養(yǎng)細(xì)胞過程中的變化；
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可以識別非常少見的細(xì)胞，對人體標(biāo)本具有較高的特異性分析能力；
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在無剪切力、無生理上的壓力情況下對樣品分析，使細(xì)胞保持活力利于下游應(yīng)用。
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分析培養(yǎng)的細(xì)胞和活性物質(zhì)之間的相互作用。
圖4 BioRam拉曼光譜儀可監(jiān)測并記錄在細(xì)胞培養(yǎng)過程中的變化
4、參數(shù)
BioRam光譜儀——
激光器：785 nm激光器
通光效率大于30%
光譜范圍： 100nm-3400nm，光譜分辨率：1cm-1
空間分辨率：橫向0.5微米，縱向2微米
低波數(shù)：200 cm-1，100 cm-1，50 cm-1，10 cm-1供選擇
軟件：應(yīng)用于PC或Mac的**軟件，自動化系統(tǒng)控制（包括電激光控制快門聯(lián)鎖系統(tǒng)及配置的用戶界面）
計算機(jī)及主機(jī)——
CPU：1GHZ以上；內(nèi)存：500MB 以上；硬盤 80G以上
5、使用方法
（1）開機(jī)
1、打開主機(jī)電源；
2、計算機(jī)電源
3、將使用的激光器電源
（2）自檢
1、用鼠標(biāo)雙擊圖標(biāo)，進(jìn)入儀器工作軟件環(huán)境；
2、系統(tǒng)自檢畫面出現(xiàn)，選擇儀器并確定。系統(tǒng)將檢驗(yàn)所有的激光器、電機(jī)。
（3）實(shí)驗(yàn)
1、實(shí)驗(yàn)條件設(shè)置
2、觀察和采譜：執(zhí)行測量命令。
（4）關(guān)機(jī)
1、關(guān)閉計算機(jī)
2、關(guān)閉主機(jī)電源；
3、關(guān)閉激光器
參考文獻(xiàn)
(1) Evaluierung der Raman SpeMroskopie f~r die marker- und zerst~rungsfreie Qualit~tskontrolle im Tissue Engineering. Steffen Koch (2010) Fraunhoferverlag ISBN: 978-3-8396-0112 9
{2) Nondestructive Identification of Individual Leukemia Cells by Laser Trapping Raman Spectroscopy. James W. Chan et al. Anal. Chem. (2OO8) 80:2180 2187
{3) Turnour cell identification by means of Rarnan spectroscopy in combination with optical traps and rnicrofiuidic environments. Sebastian Dochow et al. Lab Chip (2011) 11:1484
(4) Raman spectroscopy as a tool for quality and sterility analysis for tissue engineering applications like cartilage transplants. Marieke Pudlas et al. Int J Artif Organs (2010) 33,3:228 237
(5) Rarnan Spectroscopy: A Noninvasive Analysis Tool For The Discrimination of Human Skin Cells. Marieke Pudlas et al. Tissue Engineering (2011) C 17,10:1027 1040
{6) Non-contact discrimination of human bone marrow-derived mesenchymal stem cells and fibroblasts using Raman spectroscopy. Marieke Pudlas et al. Medical Laser Application (2011) 26:119 125
圖像參考
Page 2: Osteosarcorna cells Steffen Koch, Fraunhofer IGB Stuttgart, Germany
Page 3: Rarnan spectra Steffen Koch (2010) Fraunhoferverlag ISBN: 978-3-8396-0112-9, Germany
Page 4: Laser guidance for Rarnan spectroscopy Carsten Bolwien, Fraunhofer IPM Freiburg, Germany
Page 6: Spectra of various blood cells Steffen Koch, Fraunhofer IGB Stuttgart, Germany
Page 7: Graft from autologous cartilage biopsy material, before and after transplantation Neike Walles, Fraunhofer IGB Stuttgart, Germany
Page 7: Typical Rarnan spectra of rnesenchyrnal stern cells and osteosarcorna cells with cluster plot after statistical analysis Marieke Pudlas, Fraunhofer IGB Stuttgart, Germany
Page 9: Mesenchyrnal stern cells with laser beam Steffen Koch und Carsten Bolwien, Germany
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