本發明涉及醫療檢測領域，具體涉及一種基于表面增強拉曼散射技術的腫瘤原位在線檢測系統。

背景技術：

世衛組織最新公布數據表明，全球每年有880萬人死于癌癥，占全球每年死亡總人數近六分之一；每年有1400多萬新發癌癥病例，預計到2030年這一數字將增加到2100多萬。有效的早期診斷可在發病初期檢出癌癥，使治療更有效、簡單，降低治療和治愈費用，減少國家衛生資源的浪費，最重要的是延長患者的生存時間。

在細胞生長過程中，普通細胞和癌癥細胞的生長特性(包括生長因子、生長力、分裂速度、細胞特異性、分化等)有著顯著不同，其差異主要在兩方面：一是普通細胞和癌癥細胞的細胞特異性有顯著區別；二是普通細胞和癌癥細胞的細胞生長力存在顯著差異。針對細胞特異性的檢測，主要在分子尺度上來開展研究，常用光譜法探測和分析細胞構成分子的差異，其中拉曼光譜一種非常有效的方法。通常分子的拉曼散射截面和熒光散射截面相比非常小，使得微弱的拉曼光信號淹沒在強的熒光信號里面，導致常規的拉曼光譜探測靈敏度低。近年來，迅速發展起來的表面增強拉曼散射光譜(Surface-enhanced Raman Scattering，簡稱SERS)克服了傳統拉曼光譜存在的信號微弱、檢測靈敏度低、易受熒光干擾的缺點，逐漸成為表征分子結構、探測痕量、甚至單分子特性的有效測試分析工具，在生命科學、生物醫學等領域中有著廣泛的應用前景。而針對細胞生長力的檢測，常用的有原子力顯微技術、磁性細胞儀、基于熒光共振能量轉移技術等。

而現有腫瘤檢測系統均有如下問題，生物細胞特異性識別與其生長力的檢測由兩個獨立的傳感器件和系統完成；多是為實驗室環境下使用設計的大型設備，使用比較復雜；對生物細胞樣品進行檢測時，需要耗時進行細胞培養，原位實時在線性不好。

因此，為解決以上問題，需要一種基于表面增強拉曼散射技術的腫瘤原位在線檢測系統，具有多功能、高靈敏度、原位實時在線等優點，為細胞癌變、組織康復等生命科學領域提供一種新的檢測手段。

技術實現要素：

有鑒于此，本發明的目的是克服現有技術中的缺陷，提供的基于表面增強拉曼散射技術的腫瘤原位在線檢測系統，具有多功能、高靈敏度、原位實時在線等優點，為細胞癌變、組織康復等生命科學領域提供一種新的檢測手段。

本發明的基于表面增強拉曼散射技術的腫瘤原位在線檢測系統，包括檢測光纖、為檢測光纖提供激勵光的激勵光源、設置于檢測光纖末端面的石墨烯層、通過從檢測光纖中返回的拉曼散射光檢測石墨烯拉曼光譜和被測物拉曼光譜的拉曼光譜儀；檢測光纖末端面與石墨烯層之間設置有貴金屬納米粒子。

進一步，所述檢測光纖為多根且多根檢測光纖的末端面均共面并組成二維探測面。

進一步，還包括光開關、光纖耦合器和光開關控制器；激勵光源的輸出端通過一輸出光纖與光纖耦合器的第一輸入端連接，所述拉曼光譜儀的輸入端通過一輸入光纖與光纖耦合器的第二輸入端連接，所述光纖耦合器的輸出端通過一連接光纖與光電開關的輸入端連接，多根檢測光纖的起始端分別與光電關的多個輸出端一一對應連接，所述光開關控制器的輸出端與光開關的控制輸入端連接并用于控制光開關依次啟閉自身各輸出端。

進一步，還包括輸入端與光譜儀輸出端電連接的數據處理器，數據處理器用于根據石墨烯拉曼光譜數據計算石墨烯的應力/應變大小，同時數據處理器還根據被測物拉曼光譜數據判斷被測物的特異性，數據處理器的控制輸出端與光開關控制器的輸入端連接。

進一步，所述貴金屬納米粒子為納米金粒子或納米銀粒子。

進一步，多根檢測光纖之間通過填充填充物并設置外層保護套后形成光纖束。

本發明的有益效果是：本發明公開的一種基于表面增強拉曼散射技術的腫瘤原位在線檢測系統，通過單根光纖返回的拉曼散射信號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計算得到應力大小；通過多根光纖束返回的拉曼散射信號，可實現表面二維應力傳感測量；同時，激勵光通過光纖，再以此通過表面增強拉曼散射基底和腫瘤細胞，返回來的拉曼散射光中包含了腫瘤細胞信息，可實現痕量腫瘤細胞的檢測；根據單根光纖返回來的增強拉曼信號可實現腫瘤的定性檢測，同時根據光纖束返回來的石墨烯的拉曼信號計算出的面應力分布情況可實現腫瘤的定位檢測，定性和定位相結合，可有效實現腫瘤的超早期檢測；此系統具有高靈敏度、定性和定位相互印證、原位實時在線檢測等優點。

附圖說明

下面結合附圖和實施例對本發明作進一步描述：

圖1為本發明的結構示意圖；

圖2為本發明中石墨烯層的結構示意圖；

圖3為本發明中光纖束端面圖；

圖4為本發明光散射示意圖；

圖5為本發明中檢測前后的拉曼光譜圖。

具體實施方式

圖1為本發明的結構示意圖，圖2為本發明中石墨烯層的結構示意圖，圖3為本發明中光纖束端面圖，圖4為本發明光散射示意圖，圖5為本發明中檢測前后的拉曼光譜圖，如圖所示，本實施例中的基于表面增強拉曼散射技術的腫瘤原位在線檢測系統；包括檢測光纖6a、為檢測光纖6a提供激勵光的激勵光源1、設置于檢測光纖6a末端面的石墨烯層7、通過從檢測光纖6a中返回的拉曼散射光檢測石墨烯拉曼光譜和被測物拉曼光譜的拉曼光譜儀9；檢測光纖6a末端面與石墨烯層7之間設置有貴金屬納米粒子7a；檢測光纖6a的末端面表示激勵光的出射面，制備方法：首先對光纖端面進行粗化處理(NH4F，HF，H2O等配置粗化液)，使光纖端面易于與后續金屬納米粒子結合；再進行光纖端面敏化處理(HF，SnF2，H2O等配置敏華液)，易于與后續金屬納米粒子結合；然后再光纖端面采用化學方法沉積金屬納米粒子；再將石墨烯轉移到金屬納米粒子上；通過烘干處理，石墨烯金屬納米粒子復合材料沉積在光纖端面。另外，也可在金屬納米粒子上吸附一層偶聯劑，再將石墨烯轉移上去，其中偶聯劑的作用可以使得金屬納米粒子與石墨烯的結合均勻性更好，更緊密；檢測時，檢測光纖6a的末端面直接與細胞/組織接觸，激勵光通過檢測光纖6a后直接從末端面射出并激發細胞/組織發生拉曼散射，石墨烯層7與細胞/組織8接觸直接接觸檢測突變點的應力變化，而貴金屬納米粒子7a能夠同時增強石墨烯和腫瘤細胞的拉曼信號，通過返回的拉曼散射信號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計算得到應力大小變化判斷腫瘤細胞生長力大小，如圖5，a為自由石墨烯拉曼光譜，b為細胞檢測時返回的拉曼光譜，里面包含了石墨烯拉曼特征峰的移位，也包含了細胞的指紋識別峰(帶“*”的波峰)；在腫瘤細胞生長的超早期，腫瘤細胞數量極少，腫瘤細胞和正常細胞的拉曼光譜相互混雜，腫瘤細胞的生長力與周邊的正常細胞區別也不顯著，而本系統同時結合指紋庫和返回來的拉曼散射光中包含了腫瘤細胞信息，可實現痕量腫瘤細胞的檢測，提高檢測的靈敏度，可有效實現腫瘤的超早期檢測，由于光纖的直徑可制成很小，對腫瘤檢測時，可以穿刺進入體內，實現原位實時在線的檢測。

本實施例中，所述檢測光纖6a為多根且多根檢測光纖6a的末端面均共面并組成二維探測面；根據單根光纖返回來的增強拉曼信號可實現腫瘤的定性檢測，同時根據光纖束返回來的石墨烯的拉曼信號計算出的面應力分布情況可實現腫瘤的定位檢測，提高檢測效率，同時，定性和定位相結合，利用光纖的空分復用技術實現非掃描的二維測量，利于監測腫瘤生長狀況。

本實施例中，還包括光開關5、光纖耦合器3和光開關控制器(未畫出)；激勵光源的輸出端通過一輸出光纖2與光纖耦合器3的第一輸入端連接，所述拉曼光譜儀9的輸入端通過一輸入光纖9與光纖耦合器3的第二輸入端連接，所述光纖耦合器3的輸出端通過一連接光纖4與光電開關的輸入端連接，多根檢測光纖6a的起始端分別與光電關的多個輸出端一一對應連接，所述光開關控制器的輸出端與光開關的控制輸入端連接并用于控制光開關依次啟閉自身各輸出端；通過光開關5、光纖耦合器3和光開關控制器的設置，控制光開關實現檢測光纖6a依次打開并關閉，即在二維探測面以點掃面的方式檢測被探測面，可簡化系統設計；光開關、光纖耦合器3和光開關控制器均為現有技術，在此不再贅述。

本實施例中，還包括輸入端與光譜儀輸出端電連接的數據處理器11，數據處理器11用于根據石墨烯拉曼光譜數據計算石墨烯的應力/應變大小，同時數據處理器11還根據被測物拉曼光譜數據判斷被測物的特異性，數據處理器11的控制輸出端與光開關控制器的輸入端連接。

本實施例中，多根檢測光纖6a之間通過填充填充物6b并設置外層保護套6c后形成光纖束6；保證檢測光纖6a固定穩定且不易受到損壞。

最后說明的是，以上實施例僅用以說明本發明的技術方案而非限制，盡管參照較佳實施例對本發明進行了詳細說明，本領域的普通技術人員應當理解，可以對本發明的技術方案進行修改或者等同替換，而不脫離本發明技術方案的宗旨和范圍，其均應涵蓋在本發明的權利要求范圍當中。