1光散射研究发展概述 (1)
2 生物微粒光散射的主要检测方法 (3)
3 影响生物微粒光散射的因素 (5)
4 生物微粒光散射的应用 (6)红歌会
光的散射是自然界一种普遍现象，当光传播时因与物质中的粒子作用而改变其光强的空间分布、偏振状态或频率的过程。由于介质中可能存在其他物质微粒或者介质密度具有不均匀性，介质中会存在大量不均匀小区域，当有光入射时，每个小区域便成为散射中心，向四面八方发出同频率的次波，这些次波间无固定相位关系，它们在某方向上的非相干叠加形成了该方向上的散射光。 1光散射研究发展概述
早期光散射理论可追溯到十九世纪七十年代。1871年英国物理学家瑞利(R.J.Strutt)通过研究细微质点的散射现象，提出散射光强与λ4成反比的规律，该规律被称为瑞利散射定律。瑞利定律的适用条件是散射质点的尺寸应小于光波的波长，其中瑞利所说的散射质点不仅是细微的颗粒，还包括大分子，还应注意， 由于分子的热运动，使介质的分子数密度有涨落，破坏了分子间固定的位置关系。在这一意义上，纯净的气体或介质也存在散射，称为分子散射。所以分子散射也叫做瑞利散射。瑞利还指出，由于散射质点总是在作随机运动，散射质点的位置是随机的，由不同的散射质点产生的散射光，没有确定的相位关系，是非相干光。
1908年德国物理学家米（G.Mie）通过计算球形质点的散射，提出了有关单一的、各向同性的球形粒子在高度稀释的介质系统中的散射与该粒子直径、粒子与介质间的折射率之差、入射到介质中的粒子上的入射光的波长之间关系理论，按照米和德拜的计算结果，若散射质点的半径为a，则仅当2πa<0.3λ时瑞利散射定律才是正确的。当a较大时，散射光的光强不显著地依赖于光波波长。如果入射光是白光，则散射光也有大致均匀的光谱。这种散射叫做米氏散射。
1923年美国物理学家康普顿（A.H.Compton）开始研究X射线的散射，他在
实验中发现，当X 射线通过介质时，在散射的X 射线中，除了有波长与原射线相同的成分外，还有波长较长的成分，且散射光的波长与它的传播方向有关，这种散射叫做康普顿散射或康普顿效应。实验还发现，在X 射线被金属散射时，总有电子逸出。说明散射是入射光与介质相互作用的表现。介质中的原子吸收了入射光（X 射线）的能量，使其中的电子能够逸出。若用光子的概念来说明射线方向和强度的分布，根据能量守恒和动量守恒，考虑到相对论效应，得散射波长为：
eptip
0(1c o s )e h m c
λλλθ∆=-=- （1） 其中，λ0为入射光的波长，λ为散射光的波长，Δλ为入射光与散射光的波长差，c 为光速，m e 为电子的静止质量，θ为散射角，h 为普朗克常数，h=6.62×10-34J ·s 。康普顿散射有力地证明了光具有二象性，对量子论的建立起了重要的作用。康普顿的理论也提出一种散射的物理模型，从而说明散射光的波长可以与入射光不同。应该注意，介质中的原子、分子吸收光子能量产生的效果，并不只是逸出电子。但可以断定，只要原子、分子吸收光子能量，就必有不同波长的散射光。
1928年印度物理学家拉曼（C.V .Raman ）和俄国物理学家曼杰利什塔姆（Л.И.Мамтельщтам）在研究液体和晶体对可见光的散射时，发现散射光中有与入射光频率不同的谱线，若介质被角频率为ω0的可见光照射，在散射光中除了有角频率为ω0的谱线外，还有角频率为ω0±ωi （i=1，2，3……）的谱线。ωi 是介质的一个在红外波段自发辐射谱线的角频率。这种散射叫做拉曼散射或联合散射。其中角频率为ω0-ωi 的谱线叫做红伴线或斯托克斯线；角频率为ω0+ωi 的谱线叫做紫半线或反斯托克斯线。拉曼散射与散射物体内部的“振动”或“转动”有关，若仅分析分子的拉曼散射，一个分子具有量子化的振动和转动能级，在振动和转动能级间跃迁，光子的角频率为ωi （红外波段），入射光的角频率为ω0，则入射光子的能量为hω0，在与处于基态的分子的碰撞时，分子吸收光子的能量只能为hωi ，因而散射光子的能量为
汽化潜热
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网上家长学校校信通00()i i E h h h ωωωω=-=- （2）
因而散射光中有角频率为（ω0-ωi ）的谱线（红伴线）。若入射光子与处于激发态
的分子碰撞，则分子会释放能量hωi 而返回基态。吃方的能量被光子吸收，使散射光子的能量为
00()i i E h h h ωωωω=+=+ （3）
因而散射光中有角频率为（ω0+ωi ）的谱线（紫伴线）。
1921年布里渊（L.Brillouin ）对具有声波密度欺负的光散射谱进行了计算，发现了声学支参与的散射，他将其称为布里渊散射。由于晶体的晶格振动射频率可分为两支，频率较高的叫光学支，频率较低的叫声学支，所以通常所说的拉曼散射常是狭义地指光学支参与的散射。磁介质和半导体也有特殊的振动频率，也会参与光的散射，这些都是广义的拉曼散射或布里渊散射。
2 生物微粒光散射的主要检测方法
现阶段，对于细胞散射的光学检测手段主要有两种方式：第一种方式为弹性光散射光谱技术；另一种方式为共聚焦光吸收与散射光谱显微技术。
西宁教育城域网非侵入弹性光散射光谱技术是光散射研究的重要手段，可用来记录多种类的组织和细胞的结构，着重观测在培养液和完整细胞及其独立的细胞器中，单层细胞随波长变化的散射信号，角度变化从前向到后向。该实验装置如图1所示，为了减小因试管表面反射和缩小由于台面旋转所造成的样品散射光光程的偏差，这些器件均浸在折射率匹配液里。准直仪和试管均安置在可旋转的台面上。确定散射角方向的散射光经焦距为200mm 的透镜，最后到达光探测器。弹性光散射光谱技术是传统的测量光散射方法与光谱仪测量相结合的技术，可以检测到细胞器的结构特征和微小结构对弹性散射光强的影响。
图1 弹性光散射光谱实验装置图
共聚焦光吸收与散射光谱显微技术（CLASS）依据细胞器共聚焦散射理论，应用后向散射光检测亚细胞结构，探测活细胞中个体细胞器的特征，实现细胞的点对点扫描[6]。该实验装置如图2所示，选用
宽带光源和光纤传输，针孔后设置可变光阑限制光束偏离和杂光干扰，采用消差反射物镜和宽带分束器，满足CLASS为多波长光谱技术的要求，样品放置在三维平移台上，随着平台移动，实现点对点扫描，样品的后向散射光被物镜收集，再被分束器反射，进入针孔，针孔收集到的小范围焦平面散射光经光纤耦合到光谱仪。连续广元的光谱宽度决定了所获得信息的准确性，光源的光亮度决定系统信噪比。CLASS显微技术能够重建亚微米量级的活细胞图像，在100nm尺寸上观察细胞和细胞器的功能，用于非侵入的动态监测亚细胞结构。因为吸收系统和折射率对散射光谱影响较强，此技术不仅能提供线度分布的信息还能得到细胞的生物和物理特性。但是，对于密集排列的散射颗粒，需要考虑CLASS系统中重建散射粒子的特性，来观察相邻粒子的干涉。
图2 共聚焦光吸收与散射光谱显微技术实验装置图
3 影响生物微粒光散射的因素
生物粒子的光散射主要原因是：光在细胞及细胞核边缘的衍射；细胞质、细胞核及周围介质的不同折射率的折射；不同光学边界的反射；细胞内的吸收等。因此，生物细胞的光散射图谱中包含了有关细胞尺寸(或细胞尺寸分布) 、形状、容积、内部结构以及内容物含量等丰富的信息，可以确定细胞的大小、细胞的形状、内部成分，还可以识别细胞的非对称性以及它在流式系统中的取向情况。
细胞的变形性主要取决于细胞的内粘度、几何形状和细胞膜的粘弹性三个内在因素，同时还受许多外部因素(如温度、酸度、粒子浓度等)，而细胞发生变形时其体积和表面积几乎保持不变。临床研究表明，许多疾病（如癌症、脑血栓、糖尿病、高脂血症等）都能使上述的一个或几个因素发生改变，从而引起细胞形态发生改变。
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