生物技术与生物医学

表面增强拉曼散射（SERS）是一种基于等离激元的强大生物传感分析技术。SERS 效应的实现依赖于需要精心设计的纳米结构，以最大化增强因子和分子特异性。除了数值模拟外，能够对局域增强效应进行成像的分析工具将具有重要价值。

The sample described here were DNA 35 base fragments thiol-grafted deposited on a thick gold layer. Although this experiment can be performed in air it is important to study such samples in a biosensor configuration, where the desired interaction between the grafted DNA and different analyte solutions can be characterised. The performance of the UVISEL Sepctroscopic Phase Modulated Ellipsometer allows very sensitive and selective study of the kinetics and quantification of such interactions.

蛋白质分子内的色氨酸磷光作为蛋白质动力学和结构研究过程的探针正备受关注。色氨酸磷光寿命τ随着蛋白质分子的局部环境和构象而变化。例如，随着溶剂粘度的增加，τ会降低；随着小分子扩散到蛋白质中并淬灭色氨酸，磷光寿命也会缩短。

黄酮类化合物存在于许多植物及其产物中，如茶、巧克力和红酒，能够用做医学、生物化学监测和成像的荧光生物传感器。黄酮类化合物最近引起了生物学家的兴趣，因为它们在癌症和其他与自由基有关的疾病中起着抗氧化剂的作用。黄酮类化合物能够与核酸和蛋白质结合，许多黄酮类化合物，像蛋白质一样，都是荧光化合物，因此当它们结合在一起时，就为两种类型化合物之间的福斯特共振能量转移（FRET）实验奠定了基础。苏格兰斯凯莱德大学的Olaf Rolinski博士和David Birch教授用时域荧光光谱法研究了蛋白—人血清白蛋白（HSA，图1）与黄酮槲皮素（Q，图2）的络合作用*。1

This application note shows that the HORIBA Scientific SPRi platform is suitable for the analysis of aptamer-based molecular interactions. For this purpose, the interaction between human IgE protein, an antibody involved in allergic reactions, and a human IgE specific aptamer4 is presented as proof-of-concept.

尽管荧光的时间尺度非常适合跟踪许多生物过程，但通常需要在更长的时间标度上对过程进行监控。为了获取固有氨基酸（如色氨酸）作为探针的磷光寿命，长期以来，磷光寿命测量一直使用低脉冲频率充气灯或大型激光系统作为脉冲紫外激发光源。

本篇应用文档报道了 TERS 表征沉积在镀金衬底上的磷脂双分子层，该样品可以用作标准样品，检测到脂质成分在纳米尺度上的分布。此外，还引入了纳米材料来模拟纳米颗粒和细胞膜之间的相互作用，帮助更好地研究纳米材料对人类健康的毒性。 TERS 检测磷脂双分子层中纳米颗粒的灵敏度可以低至飞摩尔浓度，空间分辨率低至 7 nm。还开发了一种特定的液体样品池，可以实现在溶液中进行 TERS 测量，应用文档中提供了测试氧化石墨烯样品的结果。

Description of the advantages of combining the use of peptide chips with direct label-free detection as achieved by SPR imaging (SPRi).

Whilst biochips dedicated to cell analysis have generated interest in developing new tools for diagnostic and research purposes, microarray technology is playing a crucial role in detecting interactions; Further, optical detection by Surface Plasmon Resonance imaging (SPRi) combines both thechniques and offers great interest for the real-time direct measurement of label-free cell-surface binding.

The coupling approaches of SPR to LC-MS and ProteinChip - based mass spectrometry (SELDI) as a means of identifiying proteins captured on DNA surfaces has been compared.

G-protein-coupled receptors (GPCRs), the largest family of integral membrane proteins, participate in the regulation of many physiological functions and are considered as one of the most successful therapeutic targets for a broad spectrum of diseases (approximately 30% of currently marketed drugs). However, despite their pharmacologic potential, clinically useful ligands do not exist for the majority of GPCRs. GPCRs are extremely hydrophobic, characterized by seven transmembrane-spanning α-helices. These receptors require a lipid environment to maintain the native structure, conformation and activity. Typically, GPCRs are expressed with low levels in native tissues.

The use of low molecular weight molecules in the industries of drug discovery and agri-food has become increasingly important over the course of a century of drug research and science development in agriculture and in pharmaceutical field.

样品可能是非常珍贵的，要么你不想浪费它们，要么你可能没有太多的起始材料。例如，生物蛋白质和酶通常以小批量获得并且可能很昂贵。在材料科学应用中，您可能只能获得单个精细晶体或聚合物的微小切片。

二氧化硅是目前最重要的工业材料之一，其纳米颗粒是通过溶胶—凝胶过程形成的。纳米二氧化硅无毒且具有商业价值，广泛应用于传感器、闪烁探测器和家用产品中。未来的应用可能涉及代谢传感器和药物载体。尽管全球二氧化硅产值已经高达数十亿美元，但是对二氧化硅纳米颗粒和孔隙大小的测量仍然困难且不可靠。

单线态氧（1O2）是一种高活性物种，对它的研究很有意义。通常可以通过染料或卟啉等分子的光敏作用产生单线态氧。选择合适的敏化剂，再加上氧气和光照，就可以选择性地生成单线态氧。从生物学角度来看，单线态氧具有损伤和破坏细胞的能力，这使得人们对其作为光动力疗法（PDT）中的抗癌剂的用途产生了兴趣。

This application highlights the development of an oligosaccharide chip (surface functionalization, density of immobilization, spacer arm length) on the same SPRi platform using conductive polymers. These results are highlighted through the example of interactions between HS and SDF-1 α chemokine.

Genes can be mutated in several different ways. The simplest type of mutation involves a change in a single base along the sequence of a particular gene (much like a typographical error in a word that has been misspelled). In other instances, one or more bases may be added or deleted. Sometimes too, segments of a DNA molecule are accidentally repeated, deleted or moved.

Our SPRi technology (Surface Plasmon Resonance imaging), is able to measure multiplexed label-free biological interactions in a complex media such as serum. We will demonstrate the ability to monitor specific interactions between immobilized peptides and proteins issued from non purified immune sera, using a cystamine/glutaraldehyde SAM surface chemistry on the bio-chip surface.

世界上过敏症的发病率在30-40%之间。即使存在抗组胺剂和脱敏剂等医疗手段，这个数字仍在不断增加。因此，在本应用说明中，通过拉曼光谱对空气过敏原的识别和化学特征分析，可以防止受呼吸道过敏影响的人在室内和室外空气中存在这种类型的过敏原。

Over 20% of the European population suffers from respiratory allergies. Many factors can cause these immune dysfunctions. The purpose of this proof of concept is to show that Surface Plasmon Resonance imaging (SPRi) is a suitable technique to detect allergens.

HORIBA provides the pharmaceutical industry, biotech companies and academic research laboratories with high performance instrumentation based on SPRi technology (Surface Plasmon Resonance imaging). To demonstrate the power of this technology, we carried out an experiment based on an antibody-antigen interaction. Original surface chemistry combined with an electrochemical process allows the rapid coupling of biomolecules to the gold layer (polypyrrole co-polymerisation) on the top of a glass prism.

Various substitutes for bone materials have been researched and developed in orthopedic, clinic and surgical use today. In recent years, research has been actively conducted on bone prosthetic materials having a composition similar to living bone, and the need for a method of measuring carbon content in the materials is increasing.

不同环境因素下对龋齿的定量分析评估对于所有有关减缓或阻止龋齿的牙科产品有效性的研究，都是必不可少的。牙齿属于具有天然荧光并且高散射的固体样品，其自身荧光和散射会引入干扰，掩盖荧光指示剂的信号。因此，我们选择了 Fluorescence 荧光光谱仪，利用其双级单色仪获得超纯光谱。使用 Fluorescence 附加的荧光寿命附件，进行皮秒量级寿命测试，从而获得更多的样品信息。

荧光寿命成像（FLIM）是一种强大的生物医学成像技术，能够揭示样本的分子环境信息，提供比强度成像更丰富的对比度。然而，传统的扫描式FLIM系统受限于逐点采集方式，速度慢，难以捕捉动态过程。现在，随着FLIMera TCSPC 相机的出现，这一切发生了改变。

荧光寿命成像（FLIM）是研究生物与材料科学中分子相互作用的强大技术。本应用说明介绍了 FLIM 技术及其在 HORIBA FLIMera 和 InverTau 系统上的实现方案。这些基于时间相关单光子计数(TCSPC)的仪器，通过提供基于荧光寿命的额外对比机制，增强了荧光显微镜的功能。文中阐述了 FLIM 原理、仪器配置以及应用实例。

A wide range of elements are present in plants. Some elements exist to play important roles as plant nutrients or enzymes, and some elements accumulate unexpectedly due to environmental pollution. While it is important to understand the bulk concentrations of individual elements from a nutritional and ecotoxicological perspective, the distribution of elements is also important for a better understanding of the mechanisms of metabolism and uptake in plants.

纳米毒理学需要对纳米材料进行物理化学表征，以研究组织培养物或模型生物体接触异生物的健康影响。 此类物质可以使用拉曼显微镜进行分析，这对于进行生理学、药理学和毒理学评估非常有用。与标准的暗场显微镜相比CytoViva 获得专利的增强暗场 (EDF) 照明非常适合检测复杂环境（如组织）中存在的非常小的外源性物质，然后用高光谱成像（HSI、CytoViva）来根据其光学特性区分组分特征。 将 EDF 和 HSI 添加到 HORIBA Scientific 的共聚焦拉曼显微镜中，可以在一个平台上进行从检测到区分再到化学鉴定的完整分析（无样移动样品）。

用于进行停流测量的快速混合附件已应用于表征溶液中发生的相互作用和化学反应。反应物从注射器中排出、混合并注入流动池，然后停止流动，监测随后发生的反应和相互作用。如果反应物之一是荧光物质，则可以使用这种现象来跟踪相互作用。然而，基于荧光强度的方法会受到检测信号波动的影响，例如光漂白所引起的波动，这可以通过利用荧光寿命来避免，但数据收集时间限制了它的使用。最近引入的极低死时间电子设备与高脉冲频率激发光源相结合，可以高效快速地测量荧光衰减。在这里，我们使用配备 DeltaDiode 激发光源（激发脉冲频率100MHz）的 DeltaFlex 系统，借助停流附件监测了荧光姜黄素与血清白蛋白混合物中的相互作用。

用于进行停流测量的快速混合附件已应用于表征溶液中发生的相互作用和化学反应。反应物从注射器中排出、混合并注入流动池，然后停止流动，监测随后发生的反应和相互作用。如果反应物之一是荧光物质，则可以使用这种现象来跟踪相互作用。然而，基于荧光强度的方法会受到检测信号波动的影响，例如光漂白所引起的波动，这可以通过利用荧光寿命来避免，但数据收集时间限制了它的使用。最近引入的极低死时间电子设备与高脉冲频率激发光源相结合，可以高效快速地测量荧光衰减。在这里，我们使用配备 DeltaDiode 激发光源（激发脉冲频率100MHz）的 DeltaFlex 系统，借助停流附件监测了荧光姜黄素与血清白蛋白混合物中的相互作用。

Elemental distribution is important to understand metabolism in biological samples. Biological samples contain water or gas and therefore cannot be measured in a full vacuum environment because they will be significantly affected or damaged. The unique partial vacuum mode or He-purge mode with the XGT-9000 Series enables analysis of biological samples without compromising sensitivity to the light elements.

Calcium micro-nodules are identified within mulberry leaves, and XRF mapped imaging provides a correlation between nodule concentration and leaf age. In a seperate study, the uptake of heavy element pollutants by plants is investigated, with high resolution images quickly acquired to show the distribution of lead through the leaf.

The effect of zinc on gastric ulcer healing has been investigated - mapped imaging of tissue samples shows evidence of zinc accumulation within the ulcerated tissue. In a separate study a fish otolith ('ear bone') has been analyzed to reveal its heterogeneous elemental composition and physical structure.

本技术说明将动态荧光描述为一种可定量化非荧光物质的分析技术。该技术用于测定溶液中的硫胺素（维生素B1）。在硫胺素转化为荧光硫色素时监测荧光强度的变化，并建立荧光强度增加速率和硫胺素浓度之间的关系。该技术已经被证明具有良好的灵敏度和选择性。

在有机合成反应中，为防止形成不需要的副产物和反应，需要对一些反应基团进行保护。光裂解法去除保护基团展现出了许多优点，例如脱保护所需的的条件相对较为温和以及与酸或碱敏感基团的正交性。光裂解法在材料科学、生物化合物的合成与释放以及合成有机化学领域均具有较为广泛的应用。

监测培养基的条件对促进再生药物和蛋白质合成等过程中的细胞增殖非常重要。由于培养基介质组份复杂，且荧光成份多样，因此需要荧光激发发射三维矩阵(EEM)来同时全面展现发光信息。本篇报告主要通过测量 EEM 来监测细胞增殖过程中的细胞培养基组份的变化。

当物理科学公司的 Charles Mazel 博士决定对珊瑚进行荧光测量时，他开始寻找合适的仪器。该仪器必须便于携带，并能承受船舶航行时的颠簸摇晃。

“分子信标”是一种单链 DNA（ssDNA），是具有荧光基团（供体）和淬灭基团（受体）的发夹形寡核苷酸链，发夹的茎有两个配对的互补 DNA (cDNA) 末端。利用分子信标可以通过研究基因表达来追踪生物过程。 没有靶分子的时候，荧光基团（供体）和淬灭基团（受体）接近，产生很少或不产生荧光。分子信标用于研究酶相互作用、cDNA 测序和生物传感等。

偏振光照射到荧光分子上时，产生的荧光也是偏振光。受到旋转扩散和其他因素影响，这种偏振辐射光会逐渐恢复为非偏振荧光。各向异性与偏振直接相关，是偏振光分量与总光强的比值。使用安装在荧光光谱仪中的可选偏振片，我们可以这样定义光强度：IVV 意味着激发和发射偏振片都竖直方向透振；IHH 代表激发和发射偏振片都水平方向透振；IHV 代表激发偏振片水平方向透振和发射偏振片垂直方向透振；IVH 代表激发偏振器垂直方向透振和发射偏振器水平方向透振。这种称为“L格式”的设置如图1所示。

本征蛋白荧光团的荧光光谱已被广泛研究并应用于生物领域。人体组织中的天然荧光团包括 NADH、胶原蛋白、弹性蛋白、色氨酸、酪氨酸、卟啉和 FAD。最近研究证明，来自色氨酸和胶原蛋白的皮肤荧光可以作为正常、疾病、慢性衰老和晒伤皮肤的检测标记。对这些天然荧光团的荧光光谱进行表征，还可以研究健康和病变皮肤中这些标记物的变化。

植物姜黄中含有的姜黄素具有抗氧化活性，其潜在的健康益处引起了多个研究小组的兴趣。为了充分研究姜黄素的潜力，需要弄清楚它与蛋白质的相互作用，这个方面已经发表了不少论文。 荧光光谱因为它的敏感性，成为一种揭示分子相互作用的强大技术。时间分辨荧光光谱又增加了一个额外的维度，其主要优点是荧光寿命在很大程度上独立于浓度和光照强度，从而返回绝对测量值。姜黄素类化合物在水溶液中可能发出微弱的荧光，但在与蛋白质（如人血清白蛋白）相互作用后，它们的量子产率会增加（图1）。这种相互作用就可以通过荧光测量技术进行记录。

拉曼与共振拉曼光谱成为研究酶结构-功能关系的关键工具。针对 DNA 光解酶，其利用 FAD 在光驱动下修复 DNA损伤。为揭示 FAD 与蛋白环境的复杂互作，需明确振动模式分配。光解酶中，DNA 损伤位点与 FAD 紧密接触，但相关振动模式未明。HORIBA 光谱系统成功测定 FAD 中 C(8)-甲基的敏感振动模式，为理解酶-DNA相互作用提供新视角。

This application note explores the use of Duetta for a common absorbance application, the Protein A280 application.

Through its user-friendly software, Duetta allows different measurements related to biomolecules like DNA, RNA and proteins including protein concentration, DNA/RNA purity, finding the concentration of an unknown sample based on a standard-based calibration curve, Pass/Fail testing and all standard fluorescence and absorbance related measurements.

已经开发了一种人类动脉粥样硬化的小鼠模型，这些小鼠敲除了载脂蛋白的基因，这两个测量结果--载脂蛋白敲除小鼠的主动脉和化学研究的结果--表明球状沉积物含有溶解在脂肪酸中的胆固醇，因此在药物开发过程中可以作为动物模型中动脉硬化过程的早期指标。

通过将拉曼光谱与显微镜相结合，可以在 1 微米左右的空间分辨率内获得完整的光谱信息。然而，拉曼是一种弱的信号，它的灵敏度并不总是理想的，特别是在分析相对低浓度的细胞内成分的时候。

拉曼显微技术是一项具有广泛应用价值的技术。在生物医学研究中，它与高度选择性识别生物分子(包括氨基酸和蛋白质、DNA/RNA 和化疗药物)的相关性正在迅速被意识到。然而，拉曼散射效率很低，采集时间可能很长，而且检测限高。

拉曼光谱作为一种非侵入性方法，被用于分析精子DNA及紫外线对其的影响，结合多变量分析，能提供准确且可重复的信息，包括精子DNA的损害及其具体位置。精子核DNA的完整性对男性生殖功能至关重要，但其状态难以通过常规显微镜手段确定。现有的商业测试虽能评估DNA的破碎程度，但会导致样本死亡，应用受限。我们的研究发表在《人类生殖》上，旨在系统评估拉曼显微光谱法在精子nDNA状态分析中的效果，并与现有的测试结果进行比较。

在食品质量控制、医药和化妆品生产等领域，污染微生物的鉴定是一个重要的公共安全问题。之前的研究表明，将拉曼光谱与化学计量学方法相结合可以鉴定块装样品以及单个细菌和酵母细胞，以便在物种和菌株水平上进行分类。

在食品质量控制、医药和化妆品生产等领域，污染微生物的鉴定是一个重要的公共安全问题。之前的研究表明，将拉曼光谱与化学计量学方法相结合可以鉴定块装样品以及单个细菌和酵母细胞，以便在物种和菌株水平上进行分类。

识别样本中微生物仍然是环境和医学研究中的一项重大挑战。由于许多细菌无法分离和培养，基于培养物的传统分析技术对细菌分析人员来说存在重大缺陷。 拉曼和显微镜在共聚焦拉曼显微镜仪器（如 LabRAM）中的组合允许在无需培养的条件下几分钟内成功分析离散的单个细菌细胞。

减少周转时间是临床诊断的首要目标。为了评估拉曼光谱的对细菌的鉴别能力，我们直接在固体培养基上分析 9 种细菌和 1 种酵母的微菌落。值得注意的是，常规的菌落培养需要 24 小时，这里的细菌培养仅用 6 小时。这种方法可以最大限度地减少样品制备和培养时间，允许在鉴定后继续培养，以便进行下游抗生素敏感性试验。

在这个应用文档中，SERS 被用来研究糖蛋白 αIIbβ3 的行为（图1），它在血栓形成（病理性血液凝结，可以减少或完全停止组织和器官的血液供应，导致心肌梗塞或中风）中起着关键作用。

In this study, we demonstrate the ViewSizer 3000’s capabilities as a next generation NTA based analysis instrument in order to accurately and efficiently measure and characterize extracellular vesicles (EV) via particle size and concentration.

Nanoparticles used for drug delivery is an important research field combining the life sciences with nanotechnology. While the strict definition of a nanoparticle is between 1 – 100 nm, we can extend the upper size range in the context of this application up to approximately 500 nm. Laser diffraction provides the advantage of being able to measure larger particles.

Considerable research has been conducted exploring the use of nanoparticles composed of biopolymers as a drug delivery vehicle. Much of the particle size analysis in this field has been done using dynamic light scattering (DLS). However, certain materials will feature larger particles that are outside the upper size range of DLS, but within the capability of laser diffraction.

Liposomes are bilayer vesicles made of phospholipids derived from natural or man-made materials. They are mainly used in the pharmaceutical field for treatment of cancers as carriers of chemotherapeutic drugs to the tumor area. Accurate and rapid measurement of the size of liposomes is essential for novel and effective drug delivery systems.