肿瘤细胞DNA样品基于二次谐波发生（SHG）的非线性光谱学成像罗冬梅1，邓小元1，卓双木2，谭淑雯1，庄正飞1，金鹰1*（1.华南师范大学生物光子学研究院，广州510631；2.福建师范大学医学光电科学与技术重点实验室，福州350007）摘要：二次谐波的产生是一个二阶非线性光学过程，这个过程只发生在中心对称系数不为零的非中心对称区域。利用二次谐波显微技术可以对各种具有内源性信号的生物组织进行无损伤实时成像，如结缔组织的胶原纤维或肌细胞的肌动球蛋白。在生物化学和结构生物学中，虽然DNA是由脱氧核糖核苷酸构成而蛋白质是由氨基酸残基组成，但是DNA和蛋白质大分子高级结构的形成机制是相似的。本文利用光谱学成像技术对不同DNA样品进行检测，来获取DNA样品的SHG信号并进行高解析度成像。这些DNA样品包括基因组DNA溶液、细胞核提取物以及培养细胞的细胞核。实验结果表明在常规条件下可以获得基因组DNA溶液和细胞核提取物的SHG信号，但几乎观测不到来自培养细胞核区的SHG信号。通过在培养基中添加少量无水乙醇（体积比小于5%），可以在培养细胞的细胞核区域检测到SHG信号。我们推测在培养细胞中乙醇和DNA相互作用引起DNA分子构象发生变化，这些变化可能导致了DNA分子非线性光学性质的改变。关键词：二次谐波发生；基因组DNA；细胞核提取物；培养肿瘤细胞；乙醇中图分类号：O433;Q523文献标识码：ANonlinearspectralimagingofDNAspecimensderivedfromtumorcellsbasedonsecondharmonicgenerationLuoDong-Mei1,DengXiao-Yuan1,ZhuoShuang-Mu2,TanShu-wen1,ZhuangZheng-Fei1,JinYing1*(1.CollegeofBiophotonicsofSouthChinaNormalUniversity,Guangzhou510631,China;2.KeyLaboratoryofOptoelectronicScienceandTechnologyforMedicineofFujianNormalUniversity,Fuzhou350007,China)Abstract:Secondharmonicgeneration(SHG)isasecond-ordernonlinearopticalprocessthathassymmetryconstraintsconfiningsignaltoregionslackingacenterofsymmetry.UsingSHGmicroscopy,avarietyoftissuestructureshavenoninvasivelybeenimagedbyvirtueofintrinsicsignalgeneratedbystructuredproteinssuchascollagenfibrilsinconnectivetissuesortheactomyosinlatticeofmusclecells.Inbiochemistryandstructurebiology,thehigh-levelstructuresofDNAandproteinmacro-moleculesaresimilarinconstructingmechanism,althoughDNAsconsistofdeoxynucleotidesandproteinsofaminoacidresidues.TheprincipalpurposeofpresentworkistodetecttheSHGsignalfromdifferentDNAsamplesbyspectralimagingtechnologybasedontwo-photonexcitedfluorescence(TPEF)andSHG.TheseDNAsamplesincludethesolutionofgenomicDNAandextractednuclei,andculturedlivingcells.ResultsshowthatwecanobtaintheSHGsignalfromsolutionofgenomicDNAandextractednucleiinroutinecondition,butnothingfromculturedcellnuclei.Afteraddingalittleofabsoluteethanol(lessthan5%byvolume)inculturemedium,theSHGsignalisdetectableintheinterestregionofnuclei.ThefindingssuggestthattheinteractionbetweenethanolandDNAinlivingcellgivesrisetotheshiftofmolecularconformation,andthisshiftchangesomenonlinearopticalpropertiesofDNAmolecules.Keywords:Secondharmonicgeneration;genomicDNA;extractednuclei;culturedtumorcell;ethanol双光子激发荧光成像（Two-photonexcitedfluorescenceimaging，TPEF）[1]是上世纪90年代发展起来的一种非线性显微成像技术，它是一种基于细胞或生物组织中荧光团对两个光子（具有双倍于单光子激发波长）的同时吸收然后再发射的成像过程。由于双光子激发只发生在焦点附近的极小区域，故无需共焦小孔（confocalpinhole）即可实现三维高分辨成像，可降低在光学成像中的荧光漂白效应，减少光化学毒性。其成像可采用近红外的超快激光作为光源，组织吸收和散色效应小，具有成像深度深、对生物体损伤小、分辨率高等优点。虽然TPEF成像具有一系列优点，但它仍不能消除焦点内生物组织的光漂白和光损伤。近年来发展起来的...