干细胞独特的自我更新与多向分化潜能使其迅速成为研究热点，被期待用于修复和再生病变或衰老的组织器官，恢复受损的机体功能，为一些难治性疾病提供新的治疗手段。显然，干细胞的这些独特功能不仅取决于其自身的生物组成及结构，也依赖于细胞活力。因此实时准确地获知细胞活力状态是干细胞生产及质量控制中的重要环节。虽然目前有很多生物学方法能够获得细胞的状态信息，但这些方法往往是侵入性的，会造成不可逆的细胞损伤或死亡，难以满足干细胞生产质控的需求。一些光学技术，如光诱导生物延迟发光技术、激光拉曼光谱技术等，在细胞研究方面具有独特的优越性，它们基于细胞本征的光学性质，对细胞内部变化和外界环境的影响高度敏感，可实现无标记、非侵入性检测，有望成为一种新的选择。　　 本论文基于光学技术的无标记、非侵入等优势，利用光诱导生物体延迟发光技术和拉曼光谱技术对人脐带间充质干细胞(Human Umbilical CordMesenchymal Stem Cell，hUC-MSC)的活力变化进行表征，旨在探索光学技术在干细胞质控中的应用潜力。　　 本论文的主要研究工作包括：一、设计构建了光诱导生物体延迟发光检测系统。二、研究了hUC-MSC细胞的延迟发光及其与细胞活力的关联，初步探讨了细胞延迟发光的来源和辐射机制。三、研究了与hUC-MSC活力相关的生物分子结构及其变化机制。　　 论文的主要研究结果如下：　　 1、建立了光诱导生物体延迟发光检测系统。采用闪光氙灯作为照射光源，利用高灵敏低噪声的光电倍增管基于光子计数技术对生物体延迟发光进行检测。系统暗噪声为11.7±0.7光子/秒，在单片机电路时序控制下可实现对光照停止3.5ms后的延迟发光信号进行测量分析，能够很好地满足细胞延迟发光的检测需求。　　 2、研究了hUC-MSC细胞的光诱导延迟发光，揭示了其发光衰减动力学过程符合三e指数衰减模型。随细胞活力下降，延迟发光寿命和光子数均呈现非线性下降趋势。在此基础上，分别建立了延迟发光寿命和光子数这两个特征参数与细胞活力的关联模型，实现了利用延迟发光对hUC-MSC细胞活力变化进行定量表征。细胞的延迟发光可能主要来源于因光照而增强的生物化学发光，此外，辐射陷获机制也能在一定程度上解释细胞的延迟发光现象。　　 3、利用激光显微拉曼光谱技术研究了与hUC-MSC细胞活力相关的生物分子结构变化。结果显示，不同活力细胞内主要生物大分子的分子振动出现了明显改变，其中，最为显著的变化体现在蛋白分子的CH变形振动（对应的拉曼峰位于1342cm-1），脂质的C-C对称伸缩振动(877cm-1)和核酸碱基胸腺嘧啶的C=O平面外弯曲振动（744cm-1）。随细胞活力下降，1342cm-1峰强出现明显降低，而后两者的峰强呈现显著上升。实验结果表明，利用这三个拉曼峰强度同样可表征hUC-MSC细胞的活力变化。　　 4、从活性氧与生物分子相互作用角度研究了细胞活力下降过程中生物分子结构变化的机理。实验测定了不同活力hUC-MSC细胞的凋亡率及细胞内活性氧水平。结果显示，低活力细胞内活性氧水平的上升是由细胞凋亡引起。随细胞活力下降，细胞内相对的过量活性氧产量与1342cm-1，877cm-1，744cm-1三个拉曼峰的相对强度变化量之间存在高度的线性相关，相关系数分别为0.980，0.985和0.973。结果表明，细胞内过量活性氧与生物分子的相互作用是导致生物分子结构变化的重要原因。　　 根据以上研究结果，本文得出结论如下：　　 1、光诱导生物体延迟发光检测分析技术可以为hUC-MSC细胞的活力检测提供新的手段。hUC-MSC细胞的延迟发光寿命和光子数与细胞活力存在对应关系，符合Logistic函数模型。　　 2、激光显微拉曼光谱技术也可成为hUC-MSC细胞活力检测的有力手段。利用1342cm-l，877cm-1，744cm-1拉曼峰的相对强度可表征hUC-MSC细胞的活力变化。细胞内活性氧与生物分子的相互作用是导致这些分子结构发生变化的重要原因。