“骨骼”骷髏們，每年萬(wàn)圣節(jié)的時(shí)候，會(huì)裝模作樣從“墳?zāi)埂崩锱莱鰜?lái)，在我們身邊“游蕩”…… 我們的骨骼是由堅(jiān)硬的、代謝活躍的骨組織組成，幫助我們的身體健康運(yùn)轉(zhuǎn)。這包括，保持和支持我們的體型，允許我們有一個(gè)動(dòng)態(tài)的運(yùn)動(dòng)范圍，保護(hù)我們的重要器官免受損傷，產(chǎn)生血細(xì)胞，并儲(chǔ)存關(guān)鍵營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)。

骨組織由細(xì)胞嵌入細(xì)胞外基質(zhì)組成，細(xì)胞外基質(zhì)主要由膠原蛋白和羥基磷灰石鈣晶體組成。正是這些基質(zhì)中的有機(jī)和礦物成分賦予了骨骼強(qiáng)度。盡管它們非常復(fù)雜和精致，但事實(shí)證明，我們有理由同情我們那些幽靈般的、超自然的骨骼朋友。骨組織容易受到各種疾病的影響，這些疾病有可能大大降低人們之后的生活質(zhì)量，包括骨質(zhì)疏松和骨關(guān)節(jié)炎。這些紊亂導(dǎo)致了骨骼力學(xué)特性的變化，反過(guò)來(lái)，這些變化通過(guò)探索其組成和結(jié)構(gòu)，可以被了解。

拉曼光譜

是研究生物組織(如骨骼)一項(xiàng)極好的技術(shù)，因?yàn)樗梢詰?yīng)用于固定和新鮮的樣本，只需Z少的樣品制備；拉曼光譜允許進(jìn)行無(wú)損化學(xué)分析，利用光譜，為我們提供豐富的信息1-3。在本篇中，我們使用愛(ài)丁堡共聚焦顯微拉曼光譜儀RM5觀(guān)察不同類(lèi)型的骨樣本。

圖1  密質(zhì)骨組織切片拉曼光譜分析

第 一個(gè)樣本是一段固定在載玻片上的密質(zhì)骨組織。密質(zhì)骨非常堅(jiān)固、高密度，可以承受彎曲和壓縮。它存在于股骨和脛骨等長(zhǎng)骨的骨干中。為顯示密質(zhì)骨的橫切面和縱切面，特地制作了組織載玻片，如上圖A和圖B所示。用532 nm激光激發(fā)的骨橫切面，得到光譜如圖C所示。像所有的生物樣本一樣，該組織在指紋區(qū)包含幾個(gè)特征峰，主要集中在400cm-1到1800cm-1之間，表明碳水化合物、DNA、脂類(lèi)和蛋白質(zhì)。此外，在指紋區(qū)，還可以觀(guān)察到與骨礦物中的碳酸鹽和磷酸鹽陰離子有關(guān)的特征峰。然而，它們的強(qiáng)度較低，因?yàn)闃悠肥菍?zhuān)門(mén)用來(lái)顯示細(xì)胞的，礦化程度比未處理的骨樣本低。圖D和圖E顯示，在2700cm-1和3500cm-1之間拉曼光譜的高波數(shù)區(qū)域，有表明生物物質(zhì)如DNA、脂類(lèi)和蛋白質(zhì)的C-H、N-H和O-H伸縮振動(dòng)峰。

圖2  未經(jīng)處理的牙齒樣本的拉曼光譜分析

第二種分析樣本是未經(jīng)處理的牙齒樣本，之所以選擇它，是因?yàn)樗c完全礦化的骨頭有一些不同。本實(shí)驗(yàn)采集了532 nm激發(fā)下牙根的拉曼光譜，如圖2所示。未處理礦化組織的拉曼光譜可以大致分為指紋區(qū)、信號(hào)沉默區(qū)和高波數(shù)區(qū)。在圖2B中，我們現(xiàn)在可以看到表明礦物成分的特征譜帶，如碳酸鹽巖和磷酸鹽，比密質(zhì)骨組織的特征峰要強(qiáng)得多。這在960cm-1處Z 強(qiáng)烈的特征峰上得到了很好的證明，這歸因于在牙齒和骨頭的礦物成分中的磷酸鹽基團(tuán)。

RM5顯微拉曼光譜儀

愛(ài)丁堡RM5是一款緊湊型的、真共聚焦設(shè)計(jì)的全自動(dòng)顯微拉曼光譜儀，可以實(shí)現(xiàn)超高的光譜分辨率、空間分辨率和靈敏度。RM5的設(shè)計(jì)基于強(qiáng)大的專(zhuān)業(yè)知識(shí)和經(jīng)典光路原理構(gòu)型，結(jié)合現(xiàn)代光學(xué)設(shè)計(jì)，注重功能、精度和速度，在性能和易用性上形成獨(dú)具一格的現(xiàn)代化顯微拉曼光譜儀，標(biāo)配三個(gè)窄帶激光器（532nm、638nm、785nm），適用于生物、組織切片類(lèi)樣品的無(wú)損分析。

參考文獻(xiàn)

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