紫外电子光谱联合红外分子光谱检测早期肿瘤全面确诊.pdf

分子内部是由各种运动状态所形成的能级结构。分子内部运动有电子运动、分子振动和分子转动，它们的能量都是量子化的，只有电子能级发生跃迁，才会伴随着振转能级的跃迁，从而形成分子带状光谱。癌是DNA氢电子激发运动，它决定着癌分子的振、转动能级的激发跃迁。用比电子丰富、复杂得多的傅里叶红外分子光谱来单独诊断肿瘤是片面的。这也正是红外光谱犹豫不决的重要原因。紫外电子光谱检测早期肿瘤初出茅庐，癌紫外电子光谱蓝移多普勒效应是，DNA与蛋白质距离变短，结合力加强。癌DNA氢电子激发态，DNA二级结构量子遗传、决定分子的跃迁，形成癌分子光谱。紫外电子光谱联合红外分子光谱，取长补短，它有利于肿瘤分子、电子结构的最全面解析与确诊。

权利要求书
1.  一系列的临床、科研成果表明，紫外电子光谱联合红外分子光谱能够快速、准确地确诊良、恶性肿瘤。由傅里叶变换红外光谱(FTIRS)光谱对癌组织90％的诊断率能迅速提高到100％的诊断率，全面确诊肿瘤。是早期肿瘤确诊的唯一可靠新方法。紫外电子光谱联合红外分子光谱诊断早期肿瘤技术应当保护。(紫外电子光谱与红外分子光谱单独早期诊断肿瘤技术、方法不在此范围内) 。

2.  紫外电子光谱联合红外分子光谱早期诊断肿瘤新方法，解释了癌变DNA氢电子激发运动，癌分子的激发跃迁振、转动能级，是肿瘤分子、电子结构的最权威解析。为肿瘤病病因学提供了紫外电子激发能量数据与红外分子光谱激发振动能级数据。癌紫外电子光谱蓝移多普勒效应是，DNA与蛋白质之间的距离缩短，结合力增强。癌DNA氢电子激发态，DNA二级结构量子遗传、肿瘤紫外电子激发光谱决定着肿瘤的分型和分级(电子能级的能量间隔要大于分子振动能级间隔)，是激发形成癌红外分子带状光谱的重要原因。肿瘤紫外电子激发光谱技术数据应当保护。 

说明书紫外电子光谱联合红外分子光谱检测早期肿瘤全面确诊
背景技术
光是由不同波长的电磁波组成的，在光谱分析中，光谱图将某一恒星发出的光划分成不同波长的光线，从而形成一条彩色带，我们称之为光谱图。恒星中的气体要吸收某些波长的光，从而在光谱图中就会形成暗的吸收线。每一种元素会产生特定的吸收线，天文学家通过研究光谱图中的吸收线，可以得知某一恒星是由哪几种元素组成的。将恒星光谱图中吸收线的位置与实验室光源下同一吸收线位置相比较(红移、蓝移)，可以知道该恒星相对地球运动的情况。
分子光谱学在生物医学方面的应用，也越来越接近宇宙奥秘，并广泛应用光谱分析法来探测生命宇宙。近年来，振动光谱，包括FTIR-ATR光纤，显微红外光谱，FT-Raman光谱和近红外光谱等方法被用来区分正常组织和肿瘤组织，利用两者在光谱中一系列吸收峰的差异来判别。这些方法有很多优势，由肿瘤形成演变过程来看，首先是基因发生变化，导致相应分子结构改变，进一步形成癌细胞，直至肿块的形成，具有占位效应，这时才能用核磁共振、C T、B超、X光等物理方法检测出来。而红外和拉曼光谱可作为分子结构变化的灵敏探针，检测出肿瘤分子结构的异常，即在肿瘤发生的第二个阶段就有可能检测到癌症，有可能发展成为一种肿瘤早期诊断的方法，而早期诊断是癌症治疗的关键，因而发展光谱法诊断癌症具有重要意义。
技术领域
红外光谱广泛地应用于生物体系特别是肿瘤细胞或组织的分析是近二十年的事，到1984年，红外光谱才被用于正常人、自血病患者血细胞中的淋巴细胞研究…，究其原因是因为生物体系复杂，分子种类多，含有大量的化学基团，这些化学基团的吸收带相互折叠成为复杂的吸收带，另外水的强吸收带还掩盖了生物分子吸收带，使得生物体系的红外光谱复杂、难以解析和应用.70年代后，计算机数据处理技术、Fourier变换仪器的发展，这些问题才逐步被解决。经过计算机数据处理，水的吸收峰很容易从样品中扣除，重叠的峰可以分开…，使其生物领域的应用成为可能。红外光谱仪真正成为生物体的研究工具，是从1984年用于人淋巴细胞的研究开始的。傅里叶变换红外光谱仪的发展极大地提高信噪比，缩短测量时间，使得其 应用发展迅猛，已经由化学领域发展到分子生物学和临床医学研究领域。
肿瘤的生物化学特性表现为：细胞癌变必然引起细胞组分如蛋白质、核酸、糖、脂和水分子在含量、构型、构象、分子间及分子内相互作用等方面的改变。癌细胞的基本生物化学特征是恶性增殖、分化不良、侵袭周围组织和转移。恶性增殖的生物化学基础是有关合成细胞结构成分的代谢途径如核酸、核苷酸的合成代谢、蛋白质的生物合成都明显增强；增殖常常是分化的前提，癌细胞增殖愈快，分化愈差，在肿瘤生化表型上出现分化异常现象。细胞癌变时，细胞膜在组成、结构和功能上发生变化，如膜蛋白丢失，表面负电荷增加。癌细胞的基本生物化学特征是肿瘤的红外光谱分析基础。与正常组织的FTIR相比，肿瘤组织的FTIR在谱型、吸收频率、峰强度等谱学参数方面存在着显著的差异。这些差异性提示：癌变细胞和组织中核酸相对含量增加；糖原或胶原的相对含量下降：核酸分子中磷酸二酯基团的氢键结合力增强；脂质中亚甲基链变得更加无序。傅立叶红外光谱在癌症诊断中的应用获得了一些有意义的结果：(1)正常细胞组织与肿瘤细胞组织在FTIR谱型、吸收频率、相对强度等谱学参数上存在着明显的差异性，这些谱学差异性揭示它们在分子水平上的组成和分子结构差异性。(2)红外光谱分析结果与病理诊断结果具有很好的相关性，提示红外光谱可用干肿瘤的良恶性鉴别、肿瘤的分型和分级。可从分子上研究癌变机理为将来分子水平诊断癌症提供了可能。
发明内容
通过用统计学方法对比分析，发现良、恶性组织的傅里叶红外光谱之间存在明显差异，其中恶性肿瘤光谱有以下特征；(1)癌组织的酰胺I带明显红移(P<0.01)，酰胺II带却出现蓝移(P<0.05)，癌组织光谱中I1640／I1460和I1640／I1550较良性组织明显升高(P<0.01)，说明恶性肿瘤不仅蛋白质结构上发生了变化，蛋白质的量化上也有明显变化。研究癌组织中蛋白质与核酸分子氢键的特征认为，氢键是维系和促进蛋白质和核酸高级结构的重要作用力。癌变时氢键的变化与癌细胞的特殊生物学行为密切相关，因此有可能利用氢键的这些光谱特征作为乳腺癌诊断和预测癌变可能性的指标。(2)蛋白质吸收谱带的变化：组织癌变后表征蛋白质氨基酸残基的谱带发生位移，由1155cm移至1165cm，说明其蛋白质种类发生了变化，基团的氢键化程度增加；(3)与核酸相关的1241cm-1谱带明显蓝移至(12381.29± 2.87)cm-1，I1080/I1460较良性肿物组织有升高(P<0.05)，表明癌组织中磷酸二酯基团中PO2增加，癌细胞中核酸含量的增加是谱带增强的因素之一。磷酸化蛋白含量的增加对该谱带具有重要贡献。研究结果表明，红外光谱有望成为快速诊断恶性肿瘤手段。
分子内部是由各种运动状态所形成的能级结构。分子内部的运动有电子运动、分子振动和分子转动，它们的能量都是量子化的，故可形成电子能级、振动能级和转动能级。分子的电子能级为10电子伏特(eV)量级，与原子的能级差不多；分子的振动能级大约是电子能级的倍，分子的转动能级大约是电子能级的m／M倍，其中m是电子的质量，M是典型分子的质量。由于典型分子的质量比电子质量要大数千倍至万倍，从而分子振动能级为0.1电子伏特(eV)，转动能级为0.001eV，分子内部的运动还应包括电子跃迁运动。即只有肿瘤DNA电子能级的跃迁运动才能决定肿瘤分子振、转能级的跃迁差异运动。因此分子的能级比原子的能级复杂。用比原子丰富、复杂得多的傅里叶红外分子光谱来单独检验决定良、恶性组织的之间差异是片面的。这也正是红外分子光谱犹豫不决的重要原因。
武大医学病毒所人员利用一种紫外吸收光谱技术，成功探测到HeLa细胞量子与动量关系，这就是著名的德布罗意波长与动量的关系，该式与ω=hv一起就是我们熟知的爱因斯坦-德布罗意关系式。“生物德布罗意”把能量传递的速度与癌联系起来。证明了肿瘤增殖波的群速度等同于肿瘤中各基本粒子的浸润速度。对癌细胞侵蚀性研究形成了比较完整的癌基因物理论。经紫外电子光谱检测癌细胞、癌DNA、癌RNA、癌蛋白质紫外线吸收最高峰方面都较正常组织DNA等吸收峰而趋向于蓝移现象。原癌基因紫外吸收峰波长为260毫微米，原癌基因突变成癌基因后紫外吸收峰波长发生改变表现为255毫微米高激发态物质。波长向短波方面移动了5毫微米所相当相互用用的能量是每克分子为2-3仟卡，(1仟卡能使1公克水上升为1000℃的热量)，病毒、癌基因激发态量子性、复合体牢固性和难分解性，都有赖于此。癌基因紫外吸收峰波长蓝移与癌基因物质波现象，前苏联学者在《核酸结构及其生物活性》中早就有所报道(1948年)。病毒所研究人员也分别采集了MCF-10A人正常乳腺上皮细胞MCF-7乳腺癌细胞MDA-MB-231乳癌细胞紫外吸收光谱进行研究，经HeLa细胞量子与动量关系检测、抑癌基因制备技术检测，都成功证实了癌基因紫外吸收光谱测能技术能检测到肿瘤DNA与蛋白质牢固结合键的性质，肿瘤DNA的电子激发跃迁 光谱可作为基因势垒高度-基因阀能值，是细胞核稳定程度的量度。是影响傅里叶红外光谱检验良、恶性组织的之间明显差异的决定因素。
原子中的电子能级，不存在振动能级和转动能级。孤立原子不存在振动和转动。只有分子(例如氢分子)才同时存在电子能级、振动能级和转动能级。电子能级的能量间隔要大于振动能级间隔，而振动能级间隔又大于转动能级间隔。一般而言，只有电子能级发生跃迁时，才会伴随着振转能级的跃迁，从而形成分子带状光谱。紫外吸收光谱联合傅里叶红外光谱才是检测肿瘤分子、电子结构的最全面手段。
具体实施方式
紫外电子吸收光谱与红外分子吸收光谱在已确诊了的肿瘤类别中可独立使用。通过临床多病例测量收集红外光谱、紫外电子光谱数据，包括食道、胃、肠、肝胆囊、肾、肺、黑色素瘤、腮腺、甲状腺和乳腺等发现肿瘤和正常组织的红外光谱明显不同，经过对测定数据的归纳整理分析比较建立的肿瘤诊断数据库。可以独立进行研究。一旦临床检测早期肿瘤，全面确诊病例时，则应该实施联合诊断。紫外电子光谱与红外分子光谱联合检测早期肿瘤，以便全面确诊。
紫外电子光谱与红外分子光谱联合不光是检测早期肿瘤病的联手，更是揭示出癌基因分子内部电子运动与分子能级结构的联手，它为肿瘤病因学提供了可靠的癌变分子、电子证据。
傅里叶红外光谱研究癌组织中蛋白质与核酸分子氢键的特征认为，氢键是维系和促进蛋白质和核酸高级结构的重要作用力。癌变氢键结合力增强，酰胺II带却出现蓝移与癌细胞的特殊生物学行为密切相关，因此有可能利用氢键的这些光谱特征作为乳腺癌诊断和预测癌变可能性的指标。
紫外电子吸收光谱检测癌细胞、癌DNA、癌RNA、癌蛋白质紫外吸收电子跃迁最高峰方面都较正常组织DNA等吸收峰而趋向于蓝移现象。原癌基因紫外吸收峰波长为260毫微米，原癌基因突变成癌基因后紫外吸收峰波长发生改变表现为255毫微米高激发态物质。波长向短波方面移动了5毫微米所相当相互用用的能量是每克分子为2-3仟卡，(1仟卡能使1公克水上升为1000℃的热量)，病毒、癌基因激发态量子性、复合体牢固性和难分解性，都有赖于此。肿瘤DNA电子激发跃迁，紫外电子吸收光谱不能断定此为何种电子跃迁?经傅里叶红外光谱研究，癌组织中蛋白质与核酸分子氢键的特征认为，癌变是氢键结合力增强， 由此可以肯定为；癌变是DNA氢键电子激发跃迁。酰胺II带出现蓝移，傅里叶红外光谱研究不能理解它与癌的什么特殊生物学行为密切相关?紫外电子吸收光谱明确指出，癌光谱蓝移多普勒效应是，DNA与蛋白质相互之间的距离变短、加强。癌基因激发态量子性，二级结构量子遗传等、影响、决着分子振转能级的激发跃迁，从而形成癌分子带状光谱。紫外电子吸收光谱检测早期肿瘤，虽然强大但必经初出茅庐。红外光谱肿瘤分析有其悠久的历史。紫外电子光谱与红外分子光谱联合，相互取长补短，这更有利于肿瘤分子、电子结构的最全面诊断与解析。
紫外光谱与红外光谱一样，可从分子、电子水平揭示血清的特征，利用红外光谱技术研究分析了癌症患者血清和正常人血清，比较他们之间的光谱变化，找出相应的变化规律，中红外光纤及探头联用首次发现了肿瘤组织在体原位检测。检测的肠癌原位在体光谱与离体组织光谱相似。这种创新结果表明中红外光纤与红外光谱联用可能发展成一种外科手术中无损、快速、准确的在体检测方法。经红外光谱普查发现与怀疑对象时，再做紫外光谱与红外光谱联合检查，以全面确诊肿瘤。紫外电子光谱联合红外分子光谱的一系列研究成果表明，能够快速、准确地鉴别良、恶性肿瘤，有可能发展成为早期、快速确诊癌症的新方法。由傅里叶变换红外光谱FTIRS对癌组织的诊断准确率分别为90％的诊断率，能迅速提高到100％的诊断率。紫外电子光谱与红外分子光谱联合诊断早期肿瘤，全面确诊。