图片来源：耶鲁大学
通过简单地将蓝色激光从皮肤反射回来来测量生物标志物的新技术可提供快速、无痛和高度准确的结果。该设备基于共振拉曼光谱技术，使用计算机软件和柔性光纤探头，该探头靠在手掌上约 30 秒，同时光线与皮肤中的类胡萝卜素相互作用。
你昨天中午吃了什么？你一个月吃几次坚果？你的孩子呢——他们今天吃了多少份蔬菜？
众所周知，我们很难回忆起我们膳食的细节，而令人沮丧的事实是营养研究的核心，这使得将食物与糖尿病和心脏病等健康结果联系起来的任务变得复杂。一些研究人员转而寻找身体中的迹象物质或生物标志物，这些物质或生物标志物可以提供有关一个人最近吃了多少某种食物的信息。但这种解决方案并不理想，因为测量生物标志物通常需要血液、尿液甚至皮肤样本。这个过程可能是昂贵、痛苦和繁琐的。
但对于研究饮食中水果和蔬菜的研究人员来说，可能很快就会有一种更简单的方法。耶鲁大学公共卫生学院的科学家们正在测试一种新技术，该技术通过简单地将蓝色激光从皮肤上反射回来来测量生物标志物。它无痛且快速，并在大约一分钟内给出结果。慢性病流行病学部门负责人 Susan T. Mayne 和她的长期合作者，同一部门的研究科学家 Brenda Cartmel 与犹他大学的一组物理学家合作创建和测试了两个原型设备，测量皮肤类胡萝卜素，这是通常在血液中测量的水果和蔬菜摄入量的生物标志物。
梅恩说：“这确实源于人们几十年来就知道的一个观察结果，那就是当人们食用高植物性饮食时，他们会出现一种黄色的皮肤颜色，这种颜色在手掌中尤为明显，因为类胡萝卜素在皮肤中的积累。我们想，‘我们可以用它作为一种无创测量体内类胡萝卜素的新方法吗？’”
该设备是对已有数十年历史的共振拉曼光谱 (RRS) 技术的现代改造，该技术可测量分子中电子在被激光激发后的能级变化。它由一个连接到盒状中央机器的柔性光纤探头组成；将探针放在研究志愿者的手掌上约 30 秒，同时光线与皮肤中的类胡萝卜素相互作用。然后连接的笔记本电脑上的软件处理结果，这又需要 30 秒。初步研究表明，这款 RRS 机器提供了高度准确的结果，引起了许多营养研究人员的关注。
长途飞行，合作
作为一名营养流行病学家，梅恩几乎没有想到会使用激光。但几年前，在飞往澳大利亚参加国际类胡萝卜素会议的航班上，她发现自己坐在一名男子旁边，他正在翻阅同一会议的节目。寒暄几句后，梅恩得知他是犹他大学的激光物理学家。
“我想，‘这将是一次非常漫长的飞行。我认为我们没有任何共同点，”她回忆道。 “但正是因为我们在飞机上被困了 16 个小时，我才试图了解他做了什么，他是如何使用它的，以及应用程序是什么。这实际上是整个项目的开始。”
她了解到，这位物理学家和他的团队一直在尝试使用 RRS 来测量视网膜中的类胡萝卜素，因为人们认为高水平的视网膜可以防止黄斑变性。 Mayne 指出，类胡萝卜素非常适合通过 RRS 进行测量。 “如果我们使用特定波长的光，这些特定化合物就会产生强烈而独特的共振，”她说。 “皮肤或其他基质中没有其他化合物具有相同的共振曲线。”
飞机降落时，梅恩和她的同桌已经想出了一个合作拨款提案的想法。这笔赠款得到了资助，犹他州小组建造了两个原型，耶鲁对其进行了测试。
在他们对第一个原型 RRS 设备的研究中，该设备于 2010 年发表在美国临床营养学杂志， Mayne、Cartmel 和他们在犹他州的同事将皮肤类胡萝卜素 RRS 测量与血清和皮肤活检测量方法（目前的金标准）进行了比较。 （他们还检查了该设备测量番茄红素的能力，番茄红素是美国人口主要从番茄和番茄制品中获取的类胡萝卜素。）
研究小组发现，在研究对象中，RRS 测量的类胡萝卜素水平呈钟形曲线下降，正如人们所预料的那样。在一个人体内，身体某个部位（例如手掌）的高测量值与其他部位的高测量值相匹配。 RRS 结果也与金标准方法以及饮食自我报告数据具有良好的相关性，证实了该设备的有效性。
犹他州的物理学家正在继续完善早期的原型。 “我们最初的 [氩激光] 设备不是便携式的，”Cartmel 说道，并提到了它的 19 x 16 x 13 英寸尺寸以及对运动和水蒸气的敏感性。 “然后他们开发了一种使用固态激光器的仪器，因此更加坚固。现在我们能够将其带入该领域。”在目前正在审查发表的一项研究中，YSPH 博士生 Stephanie Scarmo 使用固态 RRS 设备从一大群 3 岁和 4 岁儿童中获取类胡萝卜素测量值。
“她进入幼儿园，试图在午睡时间工作，”梅恩说，“能够在一个下午扫描 60 个孩子。” （相比之下，血清检测方法，正如人们想象的那样，会涉及大量的血液、汗水和眼泪。） 。”
新应用
在这项研究发表后，梅恩说，研究人员联系了她，希望在鼓励人们多吃水果和蔬菜的研究中使用 RRS 作为客观衡量标准。她理解他们的渴望。
她解释说：“当你和人们一起告诉他们需要改变时，在饮食改变的情况下使用自我报告是一件非常困难的事情。”研究对象倾向于通过告诉研究人员他们已经改变了自己的方式变得更好，从而在研究中引入所谓的社会期望偏差来取悦研究人员。
但拉曼技术还没有准备好迎接黄金时段。一方面，没有人知道类胡萝卜素在皮肤中的半衰期，因此测量反映了多少天或几周的摄入量是未知的。另一方面，在水果和蔬菜摄入量发生变化后，该设备对皮肤类胡萝卜素水平变化的影响尚不清楚。
梅恩说，接下来需要的是“所谓的代谢研究，他们仔细控制饮食中类胡萝卜素的摄入量，并随着时间的推移跟踪人们，看看他们的皮肤如何反应、反应速度有多快、变化有多大以及每个人的变化是否相似。”这种研究成本高昂，需要花费数周时间为人们提供富含类胡萝卜素的饮食，同时重复测量。为此，Mayne 与美国北达科他州农业部实验室合作，该实验室拥有必要的测试设施。
知道如何考虑个体之间的差异也很重要。 “我们仍然需要评估黑色素这种皮肤色素是否对读数有任何影响，”卡特梅尔指出。
RRS 方法在膳食研究中的未来会怎样？一旦解决了这些问题，并且在研究人员验证了皮肤类胡萝卜素与健康结果之间的关联后，RRS 设备就可以提供关于一个人营养状况的客观反馈。
该设备甚至可以进入城市政策工作。例如，如果内城引入提供新鲜农产品的社区农贸市场，研究人员可以在市场出现前后测量居民皮肤类胡萝卜素的含量。梅恩说，使用 RRS 进行测量“可能会提供一些工具来评估干预措施是否正在改善特定地区的蔬菜摄入量。”她说，这确实是最终目标。 “我们想改善营养状况。”
