光誘導(dǎo)奶牛血液的熒光光譜特性研究

光誘導(dǎo)奶牛血液的熒光光譜特性研究

光學(xué)生物成像可以用來研究廣泛的生物樣本，并研究生物系統(tǒng)的相互作用和動態(tài)過程的細(xì)節(jié)。因此，在人類健康診斷和疾病治療中，生物醫(yī)學(xué)成像是最可靠的方法之一。熒光分析技術(shù)能夠通過研究生物體系統(tǒng)的熒光光譜獲得生物體細(xì)胞的組成和代謝信息,探測到分子的化學(xué)組成結(jié)構(gòu)及分子與分子、分子與周圍環(huán)境相互作用的信息,是分析物質(zhì)成分和分子結(jié)構(gòu)的有力工具。自20世紀(jì)80年代,生物組織熒光分析技術(shù)發(fā)展迅猛,一直是生物醫(yī)學(xué)研究領(lǐng)域的熱點(diǎn)。血液由血漿和血細(xì)胞組成。血漿內(nèi)含有豐富的血漿蛋白、脂蛋白等各種營養(yǎng)成分以及無機(jī)鹽、代謝產(chǎn)物、激素、氧、酶和抗體等成分。如果生物機(jī)體的某個器官發(fā)生了生理性或病理性的變化,一般會引起血液中各類組成成分發(fā)生變化,血液在可見光與近紅外波段中的光譜特性主要受到紅細(xì)胞以及血紅蛋白的影響。血液中的很多成分具有發(fā)射熒光的基團(tuán),利用激光激發(fā)可以使得血液中的這些基團(tuán)處于激發(fā)態(tài),發(fā)射出熒光。由于血液的組成成分非常復(fù)雜,并且國內(nèi)對奶牛血液的熒光光譜研究較少,因此對奶牛血液的熒光光譜分析有一定的困難。本研究選擇波長范圍為300～500nm的激發(fā)光誘導(dǎo)激發(fā)正常奶牛和異常奶牛(患乳腺炎)的血液樣品,并對比正常奶牛和異常奶牛血液樣品的熒光光譜,為光譜技術(shù)應(yīng)用于奶牛疾病診斷提供參考。1材料和方法1.1健康牛奶和患乳腺炎試驗(yàn)中的奶牛血液樣品取自黑龍江省大慶市和嫩江縣奶牛養(yǎng)殖場的健康奶牛和患乳腺炎的患病奶牛。在晨起給奶牛喂養(yǎng)飼料之前,對其進(jìn)行空腹采集尾靜脈血樣,并用枸櫞酸鈉抗凝。2.2熒光光輻射法激發(fā)單重態(tài)生物體的分子吸收能量后,從基態(tài)最低振動能級躍遷到第一電子激發(fā)態(tài)或更高電子激發(fā)態(tài)的不同振動能級,成為激發(fā)單重態(tài)分子。較高激發(fā)態(tài)分子經(jīng)無輻射躍遷降至第一電子激發(fā)單重態(tài)的最低振動能級后,仍不穩(wěn)定,停留較短時間后,以光輻射形式放出能量,回到基態(tài)各個振動能級,所發(fā)射的光稱為熒光。本試驗(yàn)中采用的儀器為RF-5301PC熒光分光光度計(jì),選擇波長范圍為300～500nm的激發(fā)光激發(fā)樣品,縫寬EX:5nm,EM:5nm,測試受激發(fā)的正常奶牛和異常奶牛的血液樣品,得到相應(yīng)的熒光光譜。2光激發(fā)血液樣品的熒光光譜試驗(yàn)時用波長范圍為300～500nm的激發(fā)光激發(fā)樣品,發(fā)現(xiàn)波長范圍為340～380nm的激發(fā)光激發(fā)血液樣品時獲得的熒光光譜熒光強(qiáng)度較強(qiáng),且具有較強(qiáng)的規(guī)律性,如圖1-5所示。2.1激發(fā)光波長對正常和異常牛奶血液熒光強(qiáng)度的影響所有樣品在469nm處產(chǎn)生了較強(qiáng)的熒光峰,當(dāng)激發(fā)光波長為340nm時,此波長處的正常和異常奶牛血液樣品的熒光強(qiáng)度最大,分別為288.0和195.6,其強(qiáng)度差值為92.4,如圖1所示。隨著激發(fā)光波長的增加,該處的熒光強(qiáng)度以及熒光強(qiáng)度差值都在逐漸減小,如圖2-4所示。當(dāng)激發(fā)光波長為380nm時,正常和異常奶牛血液樣品的熒光強(qiáng)度最小,分別為231.4和180.7,其強(qiáng)度差值為50.7,如圖5所示。所有樣品在605nm處產(chǎn)生了較強(qiáng)的熒光峰,當(dāng)激發(fā)光波長為340nm時,此波長處的正常和異常奶牛血液樣品的熒光強(qiáng)度最大,分別為192.6和121.8,其強(qiáng)度差值為70.8,如圖1所示。隨著激發(fā)光波長的增加,該處的熒光強(qiáng)度在逐漸減小,但熒光強(qiáng)度差值變化不大,如圖2-4所示。當(dāng)激發(fā)光波長為380nm時,正常和異常奶牛血液樣品的熒光強(qiáng)度最小,分別為135.9和88.2,其強(qiáng)度差值為47.7,如圖5所示。所有樣品在642nm處產(chǎn)生了較強(qiáng)的熒光峰,當(dāng)激發(fā)光波長為340nm時,此波長處的正常和異常奶牛血液樣品的熒光強(qiáng)度最大,分別為213.5和153.7,其強(qiáng)度差值為59.8,如圖1所示。隨著激發(fā)光波長的增加,該處的熒光強(qiáng)度和熒光強(qiáng)度差值均在逐漸減小,如圖2-4所示。當(dāng)激發(fā)光波長為380nm時,正常和異常奶牛血液樣品的熒光強(qiáng)度最小,分別為150.9和109.0,其強(qiáng)度差值為41.9,如圖5所示。所有樣品在762nm處產(chǎn)生了較弱的熒光峰,當(dāng)激發(fā)光波長為340nm時,此波長處的正常和異常奶牛血液樣品的熒光強(qiáng)度最大,分別為85.2和73.3,其強(qiáng)度差值為11.9,如圖1所示。隨著激發(fā)光波長的增加,該處的熒光強(qiáng)度和熒光強(qiáng)度差值均在逐漸減小,如圖2-4所示。當(dāng)激發(fā)光波長為380nm時,此波長處的正常和異常奶牛血液樣品的熒光強(qiáng)度最小,分別為46.5和37.6,其強(qiáng)度差值為8.9,如圖5所示。2.2異常牛奶血液的熒光從光譜圖1-5可看出,不論是正常還是異常奶牛血液樣品均呈現(xiàn)出了寬譜帶的熒光特性。對比正常和異常奶牛的血液樣品,在385～450nm范圍內(nèi),正常奶牛比異常奶牛血液樣品的熒光強(qiáng)度弱,強(qiáng)度差值不大。在451～800nm范圍內(nèi),正常奶牛始終比異常奶牛血液樣品的熒光強(qiáng)度強(qiáng),其中在468～491nm范圍內(nèi),正常奶牛與異常奶牛血液樣品的熒光強(qiáng)度差值較大,區(qū)分較為明顯;在492～675nm范圍內(nèi),正常奶牛與異常奶牛血液樣品的熒光強(qiáng)度差值變化較小;在676～800nm范圍內(nèi),正常與異常奶牛血液熒光強(qiáng)度的差值較小,且隨著波長的增加不斷減小。隨著激發(fā)光波長的增加,奶牛血液樣品的熒光光譜的強(qiáng)度總體上在不斷變小。3結(jié)論和討論1不同波長下正常和異常牛奶血液的熒光強(qiáng)度nm時,不論是正常奶牛還是異常奶牛的血液樣品都產(chǎn)生了熒光現(xiàn)象,其中在469、605、642nm處產(chǎn)生的熒光峰強(qiáng)度較強(qiáng)。當(dāng)激發(fā)光波長為340nm時,正常和異常奶牛血液樣品的熒光強(qiáng)度最強(qiáng)處位于469nm,分別為288.0和195.6。隨著波長的增加,同一位置處的強(qiáng)度不斷減小。說明340～380nm范圍的激發(fā)光對奶牛血液樣品能夠產(chǎn)生比較強(qiáng)的生物效應(yīng),因此,用上述波長的激發(fā)光激發(fā)奶牛血液樣品可以有效地誘導(dǎo)其產(chǎn)生熒光。2正常牛奶與異常牛奶血液熒光光譜比較nm的激發(fā)光激發(fā)奶牛血液樣品時,在451～800nm范圍內(nèi),正常奶牛血液樣品的熒光峰值強(qiáng)度始終強(qiáng)于異常奶牛,并且在468～491nm范圍內(nèi),正常奶牛與異常奶牛血液樣品的熒光強(qiáng)度差值較大,可根據(jù)此位置的熒光光譜有效辨別奶牛的血液是否發(fā)生了異常。3牛奶骨髓細(xì)胞的熒光檢測nm的激發(fā)光激發(fā)奶牛血液樣品時,正常奶牛與異常奶牛血液樣品的熒光光譜都呈現(xiàn)出了寬譜帶的熒光特性。385～450nm、468～491nm、492～675nm、676～800nm4段范圍呈現(xiàn)出不同的特性,說明奶牛血液中的熒光基團(tuán)存在較寬的基態(tài)振動能級帶,如卟啉分子和黃素腺嘌呤二核苷酸等;并且正常和異常奶牛樣品呈現(xiàn)出相似的規(guī)律性,僅熒光強(qiáng)度有變化,說明當(dāng)奶牛患乳腺病后,這些基團(tuán)振動能級帶的基態(tài)能量未發(fā)生大的變化。黃素腺嘌呤二核苷酸的熒光激發(fā)波長在450～520nm范圍內(nèi),由此判斷,當(dāng)奶?；既橄俨r,血液中的黃素腺嘌呤二核苷酸發(fā)生了變化,但此時其基態(tài)能量并未發(fā)生變化,因此導(dǎo)致了熒光強(qiáng)度的降低。在658～800nm范圍內(nèi),患病奶牛血液樣品熒光強(qiáng)度的降低是源于血液中大量的卟啉分子發(fā)生變化。但隨著波長的增加,正常奶牛樣品和異常奶牛樣品熒光強(qiáng)度的差值不斷減小。因此,是由于卟啉分子的結(jié)構(gòu)發(fā)生變化,還是濃度發(fā)生變化導(dǎo)致的熒光強(qiáng)度變化仍難以判斷,需要進(jìn)一步研究。通過對340～380nm激發(fā)光誘導(dǎo)奶牛血液的熒光光譜特性進(jìn)行研究,驗(yàn)證