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1、(19)中华人民共和国国家知识产权局 (12)发明专利申请 (10)申请公布号 (43)申请公布日 (21)申请号 201710121531.X (22)申请日 2017.03.02 (71)申请人 重庆大学 地址 400044 重庆市沙坪坝区沙正街174号 (72)发明人 朱永 张洁 王宁 (74)专利代理机构 重庆谢成律师事务所 50224 代理人 邬剑星 (51)Int.Cl. A61B 5/00(2006.01) (54)发明名称 基于表面增强拉曼散射技术的肿瘤原位在 线检测系统 (57)摘要 本发明公开了一种基于表面增强拉曼散射 技术的肿瘤原位在线检测系统， 包括检测光纤、 为检测光。
2、纤提供激励光的激励光源、 设置于检测 光纤末端面的石墨烯层、 通过从检测光纤中返回 的拉曼散射光检测石墨烯拉曼光谱和被测物拉 曼光谱的拉曼光谱仪； 检测光纤末端面与石墨烯 层之间设置有贵金属纳米粒子； 利用石墨烯典型 特征峰的移位大小可计算得到应力大小变化判 断肿瘤细胞生长力大小； 同时结合指纹库和返回 来的拉曼散射光中包含了肿瘤细胞信息， 可实现 痕量肿瘤细胞的检测， 提高检测的灵敏度， 由于 光纤的直径可制成很小， 对肿瘤检测时， 可以穿 刺进入体内， 实现原位实时在线的检测。 权利要求书1页 说明书3页 附图2页 CN 106880338 A 2017.06.23 CN 10688033。
3、8 A 1.一种基于表面增强拉曼散射技术的肿瘤原位在线检测系统， 其特征在于： 包括检测 光纤、 为检测光纤提供激励光的激励光源、 设置于检测光纤末端面的石墨烯层、 通过从检测 光纤中返回的拉曼散射光检测石墨烯拉曼光谱和被测物拉曼光谱的拉曼光谱仪； 检测光纤 末端面与石墨烯层之间设置有贵金属纳米粒子。 2.根据权利要求1所述的基于表面增强拉曼散射技术的肿瘤原位在线检测系统， 其特 征在于： 所述检测光纤为多根且多根检测光纤的末端面均共面并组成二维探测面。 3.根据权利要求2所述的基于表面增强拉曼散射技术的肿瘤原位在线检测系统， 其特 征在于： 还包括光开关、 光纤耦合器和光开关控制器； 激励光。
4、源的输出端通过一输出光纤与 光纤耦合器的第一输入端连接， 所述拉曼光谱仪的输入端通过一输入光纤与光纤耦合器的 第二输入端连接， 所述光纤耦合器的输出端通过一连接光纤与光电开关的输入端连接， 多 根检测光纤的起始端分别与光电关的多个输出端一一对应连接， 所述光开关控制器的输出 端与光开关的控制输入端连接并用于控制光开关依次启闭自身各输出端。 4.根据权利要求3所述的基于表面增强拉曼散射技术的肿瘤原位在线检测系统， 其特 征在于： 还包括输入端与光谱仪输出端电连接的数据处理器， 数据处理器用于根据石墨烯 拉曼光谱数据计算石墨烯的应力/应变大小， 同时数据处理器还根据被测物拉曼光谱数据 判断被测物的。
5、特异性， 数据处理器的控制输出端与光开关控制器的输入端连接。 5.根据权利要求1所述的基于表面增强拉曼散射技术的肿瘤原位在线检测系统， 其特 征在于： 所述贵金属纳米粒子为纳米金粒子或纳米银粒子。 6.根据权利要求2所述的基于表面增强拉曼散射技术的肿瘤原位在线检测系统， 其特 征在于： 多根检测光纤之间通过填充填充物并设置外层保护套后形成光纤束。 权 利 要 求 书 1/1 页 2 CN 106880338 A 2 基于表面增强拉曼散射技术的肿瘤原位在线检测系统 技术领域 0001 本发明涉及医疗检测领域， 具体涉及一种基于表面增强拉曼散射技术的肿瘤原位 在线检测系统。 背景技术 0002 世。
6、卫组织最新公布数据表明， 全球每年有880万人死于癌症， 占全球每年死亡总人 数近六分之一； 每年有1400多万新发癌症病例， 预计到2030年这一数字将增加到2100多万。 有效的早期诊断可在发病初期检出癌症， 使治疗更有效、 简单， 降低治疗和治愈费用， 减少 国家卫生资源的浪费， 最重要的是延长患者的生存时间。 0003 在细胞生长过程中， 普通细胞和癌症细胞的生长特性(包括生长因子、 生长力、 分 裂速度、 细胞特异性、 分化等)有着显著不同， 其差异主要在两方面： 一是普通细胞和癌症细 胞的细胞特异性有显著区别； 二是普通细胞和癌症细胞的细胞生长力存在显著差异。 针对 细胞特异性的检。
7、测， 主要在分子尺度上来开展研究， 常用光谱法探测和分析细胞构成分子 的差异， 其中拉曼光谱一种非常有效的方法。 通常分子的拉曼散射截面和荧光散射截面相 比非常小， 使得微弱的拉曼光信号淹没在强的荧光信号里面， 导致常规的拉曼光谱探测灵 敏度低。 近年来， 迅速发展起来的表面增强拉曼散射光谱(Surface-enhanced Raman Scattering， 简称SERS)克服了传统拉曼光谱存在的信号微弱、 检测灵敏度低、 易受荧光干 扰的缺点， 逐渐成为表征分子结构、 探测痕量、 甚至单分子特性的有效测试分析工具， 在生 命科学、 生物医学等领域中有着广泛的应用前景。 而针对细胞生长力的检。
8、测， 常用的有原子 力显微技术、 磁性细胞仪、 基于荧光共振能量转移技术等。 0004 而现有肿瘤检测系统均有如下问题， 生物细胞特异性识别与其生长力的检测由两 个独立的传感器件和系统完成； 多是为实验室环境下使用设计的大型设备， 使用比较复杂； 对生物细胞样品进行检测时， 需要耗时进行细胞培养， 原位实时在线性不好。 0005 因此， 为解决以上问题， 需要一种基于表面增强拉曼散射技术的肿瘤原位在线检 测系统， 具有多功能、 高灵敏度、 原位实时在线等优点， 为细胞癌变、 组织康复等生命科学领 域提供一种新的检测手段。 发明内容 0006 有鉴于此， 本发明的目的是克服现有技术中的缺陷， 提。
9、供的基于表面增强拉曼散 射技术的肿瘤原位在线检测系统， 具有多功能、 高灵敏度、 原位实时在线等优点， 为细胞癌 变、 组织康复等生命科学领域提供一种新的检测手段。 0007 本发明的基于表面增强拉曼散射技术的肿瘤原位在线检测系统， 包括检测光纤、 为检测光纤提供激励光的激励光源、 设置于检测光纤末端面的石墨烯层、 通过从检测光纤 中返回的拉曼散射光检测石墨烯拉曼光谱和被测物拉曼光谱的拉曼光谱仪； 检测光纤末端 面与石墨烯层之间设置有贵金属纳米粒子。 0008 进一步， 所述检测光纤为多根且多根检测光纤的末端面均共面并组成二维探测 说 明 书 1/3 页 3 CN 106880338 A 3 。
10、面。 0009 进一步， 还包括光开关、 光纤耦合器和光开关控制器； 激励光源的输出端通过一输 出光纤与光纤耦合器的第一输入端连接， 所述拉曼光谱仪的输入端通过一输入光纤与光纤 耦合器的第二输入端连接， 所述光纤耦合器的输出端通过一连接光纤与光电开关的输入端 连接， 多根检测光纤的起始端分别与光电关的多个输出端一一对应连接， 所述光开关控制 器的输出端与光开关的控制输入端连接并用于控制光开关依次启闭自身各输出端。 0010 进一步， 还包括输入端与光谱仪输出端电连接的数据处理器， 数据处理器用于根 据石墨烯拉曼光谱数据计算石墨烯的应力/应变大小， 同时数据处理器还根据被测物拉曼 光谱数据判断被。
11、测物的特异性， 数据处理器的控制输出端与光开关控制器的输入端连接。 0011 进一步， 所述贵金属纳米粒子为纳米金粒子或纳米银粒子。 0012 进一步， 多根检测光纤之间通过填充填充物并设置外层保护套后形成光纤束。 0013 本发明的有益效果是： 本发明公开的一种基于表面增强拉曼散射技术的肿瘤原位 在线检测系统， 通过单根光纤返回的拉曼散射信号中石墨烯的典型特征峰的位置， 利用石 墨烯典型特征峰的移位大小可计算得到应力大小； 通过多根光纤束返回的拉曼散射信号， 可实现表面二维应力传感测量； 同时， 激励光通过光纤， 再以此通过表面增强拉曼散射基底 和肿瘤细胞， 返回来的拉曼散射光中包含了肿瘤细。
12、胞信息， 可实现痕量肿瘤细胞的检测； 根 据单根光纤返回来的增强拉曼信号可实现肿瘤的定性检测， 同时根据光纤束返回来的石墨 烯的拉曼信号计算出的面应力分布情况可实现肿瘤的定位检测， 定性和定位相结合， 可有 效实现肿瘤的超早期检测； 此系统具有高灵敏度、 定性和定位相互印证、 原位实时在线检测 等优点。 附图说明 0014 下面结合附图和实施例对本发明作进一步描述： 0015 图1为本发明的结构示意图； 0016 图2为本发明中石墨烯层的结构示意图； 0017 图3为本发明中光纤束端面图； 0018 图4为本发明光散射示意图； 0019 图5为本发明中检测前后的拉曼光谱图。 具体实施方式 00。
13、20 图1为本发明的结构示意图， 图2为本发明中石墨烯层的结构示意图， 图3为本发明 中光纤束端面图， 图4为本发明光散射示意图， 图5为本发明中检测前后的拉曼光谱图， 如图 所示， 本实施例中的基于表面增强拉曼散射技术的肿瘤原位在线检测系统； 包括检测光纤 6a、 为检测光纤6a提供激励光的激励光源1、 设置于检测光纤6a末端面的石墨烯层7、 通过从 检测光纤6a中返回的拉曼散射光检测石墨烯拉曼光谱和被测物拉曼光谱的拉曼光谱仪9； 检测光纤6a末端面与石墨烯层7之间设置有贵金属纳米粒子7a； 检测光纤6a的末端面表示 激励光的出射面， 制备方法： 首先对光纤端面进行粗化处理(NH4F， HF。
14、， H2O等配置粗化液)， 使光纤端面易于与后续金属纳米粒子结合； 再进行光纤端面敏化处理(HF， SnF2， H2O等配置 敏华液)， 易于与后续金属纳米粒子结合； 然后再光纤端面采用化学方法沉积金属纳米粒 说 明 书 2/3 页 4 CN 106880338 A 4 子； 再将石墨烯转移到金属纳米粒子上； 通过烘干处理， 石墨烯金属纳米粒子复合材料沉积 在光纤端面。 另外， 也可在金属纳米粒子上吸附一层偶联剂， 再将石墨烯转移上去， 其中偶 联剂的作用可以使得金属纳米粒子与石墨烯的结合均匀性更好， 更紧密； 检测时， 检测光纤 6a的末端面直接与细胞/组织接触， 激励光通过检测光纤6a后直。
15、接从末端面射出并激发细 胞/组织发生拉曼散射， 石墨烯层7与细胞/组织8接触直接接触检测突变点的应力变化， 而 贵金属纳米粒子7a能够同时增强石墨烯和肿瘤细胞的拉曼信号， 通过返回的拉曼散射信号 中石墨烯的典型特征峰的位置， 利用石墨烯典型特征峰的移位大小可计算得到应力大小变 化判断肿瘤细胞生长力大小， 如图5， a为自由石墨烯拉曼光谱， b为细胞检测时返回的拉曼 光谱， 里面包含了石墨烯拉曼特征峰的移位， 也包含了细胞的指纹识别峰(带 “*” 的波峰)； 在肿瘤细胞生长的超早期， 肿瘤细胞数量极少， 肿瘤细胞和正常细胞的拉曼光谱相互混杂， 肿瘤细胞的生长力与周边的正常细胞区别也不显著， 而本。
16、系统同时结合指纹库和返回来的 拉曼散射光中包含了肿瘤细胞信息， 可实现痕量肿瘤细胞的检测， 提高检测的灵敏度， 可有 效实现肿瘤的超早期检测， 由于光纤的直径可制成很小， 对肿瘤检测时， 可以穿刺进入体 内， 实现原位实时在线的检测。 0021 本实施例中， 所述检测光纤6a为多根且多根检测光纤6a的末端面均共面并组成二 维探测面； 根据单根光纤返回来的增强拉曼信号可实现肿瘤的定性检测， 同时根据光纤束 返回来的石墨烯的拉曼信号计算出的面应力分布情况可实现肿瘤的定位检测， 提高检测效 率， 同时， 定性和定位相结合， 利用光纤的空分复用技术实现非扫描的二维测量， 利于监测 肿瘤生长状况。 00。
17、22 本实施例中， 还包括光开关5、 光纤耦合器3和光开关控制器(未画出)； 激励光源的 输出端通过一输出光纤2与光纤耦合器3的第一输入端连接， 所述拉曼光谱仪9的输入端通 过一输入光纤9与光纤耦合器3的第二输入端连接， 所述光纤耦合器3的输出端通过一连接 光纤4与光电开关的输入端连接， 多根检测光纤6a的起始端分别与光电关的多个输出端一 一对应连接， 所述光开关控制器的输出端与光开关的控制输入端连接并用于控制光开关依 次启闭自身各输出端； 通过光开关5、 光纤耦合器3和光开关控制器的设置， 控制光开关实现 检测光纤6a依次打开并关闭， 即在二维探测面以点扫面的方式检测被探测面， 可简化系统 。
18、设计； 光开关、 光纤耦合器3和光开关控制器均为现有技术， 在此不再赘述。 0023 本实施例中， 还包括输入端与光谱仪输出端电连接的数据处理器11， 数据处理器 11用于根据石墨烯拉曼光谱数据计算石墨烯的应力/应变大小， 同时数据处理器11还根据 被测物拉曼光谱数据判断被测物的特异性， 数据处理器11的控制输出端与光开关控制器的 输入端连接。 0024 本实施例中， 多根检测光纤6a之间通过填充填充物6b并设置外层保护套6c后形成 光纤束6； 保证检测光纤6a固定稳定且不易受到损坏。 0025 最后说明的是， 以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制， 尽管参照较 佳实施例对本发明进行了详细说明， 本领域的普通技术人员应当理解， 可以对本发明的技 术方案进行修改或者等同替换， 而不脱离本发明技术方案的宗旨和范围， 其均应涵盖在本 发明的权利要求范围当中。 说 明 书 3/3 页 5 CN 106880338 A 5 图1 图2 图3 说 明 书 附 图 1/2 页 6 CN 106880338 A 6 图4 图5 说 明 书 附 图 2/2 页 7 CN 106880338 A 7 。