拉曼光谱被称为物质分子的“指纹特征”,是一种无损、制样简单、快速有效的测试手段。表面增强拉曼光谱(SERS)具有极高的检测灵敏度,能够从分子水平上获取物质详细的结构和化学组成信息,因此拉曼光谱非常适用于生物分子的测试研究。本文中利用拉曼光谱技术主要选取在生物物理领域具有代表性的生物小分子咖啡因,及活体HELA细胞进行研究。主要内容如下:　　 咖啡因(1,3,7三甲基黄嘌呤),属于嘌呤类,是最重要也是最常用的生物碱。在不同pH条件下,人体对其吸收。在胃中pH=2,在血液或者体液中,pH为中性。所以研究不同pH条件下咖啡因的变化,有着现实的科学意义。然而关于这方面的研究相对较少,结论也不全面。因为咖啡因的溶解度很低,所以在以前的研究中,很难获得咖啡因水溶液的常规拉曼光谱；通常情况下都是使用傅里叶变换拉曼光谱或者表面增强拉曼光谱进行研究。在本文中,为了研究pH值对咖啡因拉曼光谱的影响,先测得不同pH值下咖啡因的表面增强拉曼光谱及常规拉曼光谱,再进行分析。同时为了更好地分析咖啡因的拉曼光谱,弄清楚咖啡因拉曼光谱谱峰的振动模式,本文选用DFT计算方法来优化咖啡因的形态,并计算出无水咖啡因的拉曼光谱。研究表明,通过影响咖啡因分子与银溶胶表面的再定位,pH值可以明显改变咖啡因的表面增强拉曼光谱；振动模式主要为in-plane振动模式的谱峰,更容易被pH值影响；在酸性溶液中获得的咖啡因表面增强拉曼光谱,比在碱性溶液中获得的表面增强拉曼光谱,更加接近咖啡因水溶液的常规拉曼光谱。　　 在拉曼光谱检测中,水是最为常用的溶剂。本文简单探讨了水溶液对固体样品拉曼光谱的影响。实验中测得同一样品不同浓度的拉曼光谱,以及不同样品及其水溶液的拉曼光谱。通过对比同一样品不同浓度的拉曼光谱,发现在水溶液中样品浓度并不能影响其拉曼光谱谱峰的半高宽。而对比样品及其水溶液的拉曼光谱,则发现当样品溶解到水溶液后,拉曼光谱的谱峰半高宽有明显改变:多数谱峰的半高宽变宽。同时伴随着拉曼谱峰的位移,既有红移又有蓝移。这可能是由于样品溶解到水中时,其晶格结构遭到破坏,一些样品从原子态变成为离子态。这些结构的变化引起谱峰半高宽的改变及谱峰的位移。结果表明:水溶液可以显著影响固体样品的拉曼光谱；通过对比固体咖啡因的常规拉曼光谱与咖啡因水溶液的表面增强拉曼光谱,发现表面增强拉曼光谱技术可以减小水溶液对固体样品拉曼光谱的影响。　　 细胞凋亡是指为维持内环境稳定,由基因控制的细胞自主的有序的死亡,它在生物体的进化、内环境的稳定以及多个系统的发育中起着重要的作用。目前检测细胞凋亡的方法有很多,但是这些检测方法都只能定性的分析细胞是否凋亡以及凋亡的细胞所处的细胞周期,无法获知细胞凋亡的内部变化及细胞凋亡的真正原因。在本文中,选用HELA细胞进行检测,金标记后分别使用SERS及LSCM技术对HELA细胞进行检测,提出了一种实时检测癌细胞凋亡的有效方法。依据LSCM图像,可以明显观察到HELA细胞的形态变化。依据HELA细胞的表面增强拉曼光谱,可以得到表面增强拉曼光谱谱峰的位移及强度变化。对比在不同时间点测得的HELA细胞表面增强拉曼光谱,可明显观察到随着凋亡过程的进行,一些表面增强光谱谱峰发生了位移,其强度变化也非常明显；并且在凋亡末期会有一个新的谱峰出现。这说明HELA细胞的组份变化可以通过表面增强拉曼光谱反映出来。两种技术相结合使得我们在实时检测癌细胞凋亡过程中,既可以获得活体癌细胞的内部结构及组份变化,又可以获得其形态变化。