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基于拉曼光镊的单细胞普通拉曼及表面增强拉曼光谱测量
引言
在生命科学中，单细胞水平的分析日益受到重视。与传统的生物分析技术相比，单细胞水平的分析方法更能够拆解组织和细胞的异质性，更接近真正的生物学过程。然而，单细胞的研究面临着技术困难：首先，单细胞样品量太小，难以提取足够的分子信息；其次，在单细胞层面分析细胞的复杂化学信息，需要高灵敏、高分辨率的分析方法。近年来，拉曼光谱技术作为一种优越的分析手段，得到了广泛应用。利用拉曼光谱技术，可以对物质的分子振动模式进行定量、非破坏性的分析。该技术几乎不需使用染色剂或标记，干扰较小，可对完整细胞和组织进行分析。
综合传统拉曼谱和表面增强拉曼谱（SERS）的技术，可以使单个细胞的非强化和强化拉曼光谱的测量变得更容易和准确。因此，本文重点介绍基于拉曼光镊的单细胞普通拉曼和表面增强拉曼光谱测量技术的原理和应用，并探讨该技术的一些前景和挑战。
本文主要分为四个部分。第一部分介绍单细胞普通拉曼和SERS的原理和优势。第二部分关注拉曼光镊的工作原理，以及它在单细胞级别分析中的应用。第三部分评估这种新技术对生命科学研究的影响，讨论其可能的未来发展。最后一部分提出难题，探讨在向应用拉曼光镊技术在单细胞分析中，需解决的一些挑战。
第一部分：单细胞普通拉曼及表面增强拉曼光谱的原理和优势
拉曼光谱是一种分析光谱技术，可以获取与分子振动和转动相关的化学信息。与其他分析技术相比，拉曼技术的优势在于其分析非破坏性、检测无需染色或标记、花费低等特点。
常规拉曼光谱
常规拉曼光谱是一种非分析增强的拉曼光谱方法。它适用于大多数样品，例如液体、气体、固体和生物分子等。较低的浓度和信号强度是这种技术的主要缺点，因为许多分子的振动除了拉曼效应外，很难在拉曼光谱中产生振动模式的信号。另外，该区域的连续谱导致峰对峰信号的背景可能很强，从而淹没拉曼信号，这也是非常常见的问题。
表面增强拉曼光谱
表面增强拉曼光谱（SERS）是一种分析增强方法的拉曼光谱技术。通过将分子化合物吸附到金属纳米结构表面，将分子与金属分离（或间距）的距离缩小至纳米尺度范围，可以获得次级增强作用，即SERS。SERS提高了散射和非共振强分子吸收的灵敏度，从而使这种技术便于用于荧光标记分子和在组织学上进行化学分析。此外，SERS技术也是表面凝聚相和表面电荷强耦合的研究领域中的重要工具。
第二部分：基于拉曼光镊的单细胞普通拉曼和SERS的工作原理
拉曼光镊技术（Ramantweezertechnology）是在普通拉曼光谱基础上引入光镊技术提高浓度和信号强度的技术。光镊将拉曼光谱分析引入单个细胞水平。这种技术基于光束在细胞上产生的双重效应：振动模式生成并转换为能量、导致颗粒位移。这种拉曼光谱技术的另一个优点是可以分析非固态样品（如细胞和细胞组织）。通过对细胞进行操纵和定位，可以检测单个细胞成分的不同化学性质。
第三部分：现状及其应用
单细胞拉曼光谱已发展成为一种重要的工具，用于了解特定类型肿瘤细胞的成分、细胞生长条件和表面分子。这项技术在血液病诊断中也显著发挥着作用，通过使用各种单细胞拉曼光谱信息，可以检测出血液中的脱落癌细胞，从而使医生更快速、精度更高地确定诊断信息。另外，单细胞拉曼光谱用于研究细胞之间的不同化学富集度模式，在该研究中，对不同类型单胞的化学成分和光谱进行了分类。
患者姓名患者生日实验时间实验操作员
A1957.2.12020.12.22LY
样品名称病人血液提取细胞分析方法普通拉曼/拉曼光镊SERS
提取和制备脱落细胞样本：从每个血液病患者的体血液中提取50ul血液，将其置于1.5ml离心管中，并在室温下放置4小时左右，使细胞沉积于管底。减轻底部液体并将其替换为4％甲醛对固定样本进行固定，然后从它们中刷去脱落细胞。样品随后在100％乙醇中分别进行处理，每次耗时20分钟。在100％乙醇中洗涤次数达到5次后，标本已准备好进行所选拉曼分析。
应用单细胞拉曼光谱技术进行化学成分分类：在拉曼光谱分析中，我们使用了一种具有SVM的算法技术，用于测量单个脱落癌细胞的化学特性。在我们的研究中，该技术使我们能够区分血液中的不同癌细胞类型，例如B型慢性淋巴细胞白血病、急性髓系白血病（包括急性淋巴细胞白血病和急性髓系白血病），多发性骨髓瘤等病症中的脱落癌细胞。
第四部分：挑战和前景
1.每个细胞的化学信息及其相应的反映性不同，需要更准确的方法进行分析和定位。
2.对于大多数实验室，这种技术的获得和掌握需要大型机器设备，需要许多技术人员的实现。
3.同时，这种技术需要以技术精密的方法精确操作，目前尚未在商业利益公司中得到产品化。
未来的展望：
单细胞拉曼光谱对生物医学研究领域的影响将逐渐扩大。通过持续的技术改进和设备成本的下降，实现构建便携式测量设备并广泛应用于现场检测是