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脑科学是一门世界前沿科学,脑组织结构及脑疾病检测是脑科学的重要研究内容。传统的计算机断层扫描、磁共振、荧光成像、正电子发射断层扫描等脑组织检测技术大多需依赖外源性物质(如造影剂、荧光分子或放射性化学物质),在很大程度上限制了研究者对脑组织结构的深入了解和对脑疾病的全面认识。因而,目前迫切需要一种能够无需依赖外源性物质就可以精确检测脑组织结构和脑疾病的新方法。同步辐射傅里叶红外光谱技术(SR-FTIR)和太赫兹时域光谱技术(THz)是两种新近发展起来的可以精确研究物质化学、物理及结构属性的无标记光谱检测技术,二者在研究物质性质方面具有很好的互补性。利用这两种技术可以精确地研究生物样品的化学、物理和组织结构质性,且无需对样品引入任何外源性物质。虽然这两种技术在脑组织结构和脑疾病检测方面具有很好的应用前景,但是,目前这两种技术还未被真正应用于脑组织结构和脑疾病研究。因此,针对上述问题,本课题以模型小鼠脑组织为对象,分别利用SR-FTIR和THz技术对其进行检测研究,以揭示正常组织和病变脑组织(机械脑损伤组织和脑胶质瘤组织)的结构及化学信息。本研究主要开展了三方面工作:(1)分别建立了正常、创伤性脑损伤(TBI)和脑胶质瘤小鼠模型,并获取脑组织切片作为测试样品。(2)利用SR-FTIR显微成像对不同类型脑组织切片进行检测,结合样品的光学图像和病理学检测(TTC和H&E染色)结果,发现正常区域和TBI区域、正常区域和胶质瘤区域的染色结果有明显差异。通过对核酸、蛋白质或脂质分子对应的SR-FTIR光谱数据进行主成分分析(PCA)和图像重构研究,发现可以成功区分正常区域和TBI区域以及正常区域和脑胶质瘤区域。结果表明,核酸、蛋白质、脂质分子均可以作为判断TBI或脑胶质瘤区域的生物标记物分子。(3)利用THz频率幅值成像技术对上述组织切片进行检测,可以区分正常区域和TBI区域以及正常区域和脑胶质瘤区域;计算不同区域THz光谱的物理参数,发现不同性状区域的太赫兹折射率和吸收系数不同。本课题的系统研究证明了SR-FTIR和THz技术具有检测脑组织结构及识别脑疾病的能力,这两种技术分别从不同层面揭示了样品的结构、化学和物理信息。本研究成果为深入研究脑组织与脑疾病提供了有用信息,为SR-FTIR和THz技术走向生物检测实际应用奠定了初步基础。