红外光谱包含丰富的分子结构信息,灵敏度高、制样相对简单,与显微镜结合还可以获得微区结构组成信息,是生物医学领域的一个重要研究工具。特别是利用同步辐射红外光源的高亮度特性,可以在衍射限制空间分辨率上进行显微谱学成像,获得比常规红外光谱更加丰富的信息。虽然已有不少红外光谱在生物医学研究的报道,但是应用红外显微谱学成像技术研究诸如各种人体组织与细胞等生物医学体系仍然是个急待发展的领域,这对从分子层面获取结构及其空间分布的变化信息,深入理解疾病的机理以及进行疾病早期诊断都具有重要意义。在本博士论文中,以胃癌和中药两种重要的体系做为研究对象,开展了以下工作：1.探索了生物红外谱学显微成像样品预处理方法、测试条件和数据处理方法；2.对胃癌患者组织、唾液以及细胞的结构和成分进行研究,并比较了与正常人间的差异；3.对几种代表性的中药(灵芝孢子粉、杜仲和丹参)的结构和成份进行了研究,探讨了中药鉴别中的应用。本论文取得了以下主要结果：1.胃癌患者组织(头发、指甲)、唾液和细胞研究(1)胃癌患者组织(头发、指甲)与唾液：a.应用同步辐射红外谱学与显微成像对胃癌患者与健康者头发的冰冻切片进行了研究,发现胃癌患者头发medulla层中磷酸二酯键的对称伸缩振动峰移向高波数,the amide Ⅱ/vsP02-的比值降低而脂类含量增高,上述差异反映胃癌发生后头发中生物大分子结构发生相应的变化。b.应用红外光谱对胃癌患者与健康者指甲的冰冻切片进行了研究,发现二者红外光谱的峰位置没有明显的差异,但是胃癌患者指甲的H1045/H1467(糖原/胆固醇)明显高于健康者指甲,可以用来区别胃癌患者指甲与健康者指甲。c.应用红外光谱对胃癌患者与健康者的唾液进行比较,发现健康者与胃癌患者唾液的红外光谱的峰位置没有明显的差异,但是胃癌患者唾液中的硫氰酸盐含量相对于蛋白质或者核酸的含量降低。(2)胃癌细胞：a.应用同步辐射红外谱学与显微成像研究中分化胃癌细胞SGC7901、低分化胃癌细胞BGC823与正常胃细胞GES1,通过对比发现BGC823、SGC7901与GES1的H1121/H1020(RNA/DNA)有明显差异,而且随着细胞恶性程度的增高H1121/H1020增加。从化学图像可以观察在磷酸二酯基团反对称伸缩振动最强区域,SGC7901与BGC823的the amide Ⅱ/the amide Ⅰ(蛋白质酰胺Ⅰ带/酰胺Ⅱ带)小于GES1的the amide Ⅱ/the amide Ⅰ,可以用于胃癌细胞与正常胃细胞的鉴别。b.应用同步辐射红外谱学与显微成像对分裂中的胃癌细胞BGC823进行研究,发现细胞核与中间体的磷酸二酯键的对称与反对称伸缩振动峰位置明显改变,A(CH3)/A(CH2)、Aamide I/Aamide Ⅱ, A(vsP02-)/Aamide Ⅱ均有差异。磷酸二酯键对称伸缩振动的化学图像可以用来定义细胞的形状。2.中药灵芝孢子粉、杜仲和丹参研究：(1)应用红外光谱对灵芝孢子粉与破壁灵芝孢子粉的涂片进行研究。发现：红外光谱及其二阶导数光谱结果表明二者脂类、蛋白质与糖类结构与含量具有一定的差异；二者的蛋白质二级结构发生了比较明显的改变。H2956/H2917与H1078/H1640可以用于判别灵芝孢子粉与破壁灵芝孢子粉。(2)应用同步辐射红外谱学与显微成像对杜仲的冰冻切片进行研究。采集冰冻切片上不同微区的一系列红外光谱,同时对选定区域进行化学成像,研究该区域中化学组成的分布,从而对于杜仲红外光谱中各个峰的归属有深入的了解。(3)应用红外光谱对不同产地的丹参进行研究。发现：不同产地丹参的红外光谱及其二阶导数光谱差异明显；不同产地丹参位于1708-1560cm-1区域的蛋白质二级结构与苯环骨架伸缩振动的含量有明显的改变。H2958/H2928与A1035/A1629可以用于判别不同产地丹参。上述研究结果表明了红外谱学和显微成像技术在生物医学研究领域中的重要作用,为从分子层面上理解胃癌发病机制和进行早期诊断,以及中药鉴定方面提供了有用的帮助。同时也为进一步开展红外谱学和显微成像技术在生物医学领域的研究奠定了一定的基础。