Diagnosticare cu laser în biologie și medicină - Concluzie

video: "Principii moderne de diagnostic și tratament al sarcoamelor țesuturilor moi" (Partea 2)

Video: Biochimia organismului

În scris această carte, autorii au propus să se introducă cititorului general, cu un nou curs de dezvoltare rapid și domeniu interesant de cercetare este de a dezvolta o metode de diagnostic cu laser aplicate la problemele fiind rezolvate în biologie și medicină. Cartea prezintă o gamă largă de metode de diagnostic. Unele dintre aceste tehnici sunt bine stabilite pentru a fi utilizate în clinici și laboratoare, este ajustat producția industrială de echipamente de diagnosticare adecvate. Alte metode sunt în curs de dezvoltare și să le utilizeze doar primele rezultate obținute.
Astăzi, situația este de așa natură încât aproape fiecare nouă metodă sau tehnică de macro- laser sau mikrodiagnostiki testate pe obiecte biologice de studiu, și nu există nici o modalitate chiar de a enumera toate aceste metode. Prin urmare, o serie de metode și exemple concrete de aplicare a acestora in biologie si medicina a rămas în afara câmpului de vedere al autorilor. Cu toate acestea, nu putem spune cel puțin în avizul pe ansamblu, o clasă mare de tehnici de diagnostic cu laser, care nu sunt abordate deloc în carte - este metode distructive de diagnostic.
Datorită complexității obiectelor biologice folosind metode nondistructive mikrodiagnostiki adesea se pot obține numai informații calitative cu privire la compoziția substanței, prezența impurităților și așa mai departe. În acest sens, a dezvoltat pe scară largă metode de spectroscopie analitice laser, pe baza efectelor photoexcitation laser si precompilate fotoionizare bioobjects mostre prin evaporare locală sputtering sau cu laser, electroni sau fascicul de ioni, atomizare în flacără, atomizare căldură într-un vid sau gaz inert. Aceste tehnici sunt foarte sensibile și permit informații cantitative cu privire la conținutul de impurități diverse, de exemplu toxice în obiecte biologice [P. 40, P. 42, P. 47, 1].

, metode de diagnosticare cu laser convențional destroying pot fi împărțite în două grupe.
Primul grup include metode de spectroscopie de ionizare cu laser, care nu este de obicei necesară pentru a obține localitatea diagnostic. În aceste metode, pre bioobject atomizat sau furnizat sau desorbția moleculelor de la suprafața sa în alt mod. După prepararea eșantionului aplicând diferite metode de fotoni singulari sau ionizare multiphoton a radiației laser, un flux de ioni (M + e ~ (M + C) +) (fig. 5.1), care a fost analizată prin măsurarea conductibilității electrice cu plasmă, sau înregistrarea de electroni secundari sau folosesc ioni proporționale stelaje sau spectrometria de mobilitate ionică, sau spectrometrie de masă a ionilor produși.
Al doilea grup include metode de analiză spectrală cu laser micro, care de obicei oferă o rezoluție spațială ridicată datorită analizei locale a volumelor extrem de mici de vaporizarea bioobject (microsamples) un fascicul laser focalizat. Mai mult, folosind metode tradiționale de analiză a substanțelor: evaporați spectroscopie de emisie (cu excitație suplimentară a plasmei în descărcarea arcului), absorbția și transmisia de spectroscopie sau spectroscopie de fluorescenta si spectrometrie de masa.
sarcini moderne de diagnostic (toxicologie, poluarea mediului) necesită dezvoltarea unor tehnici pentru a controla conținutul de impurități din substanța din cadrul 10-8-10_i%. O astfel de sensibilitate este realizată în Schemele trepte fotoionizare cu laser în timpul pulverizării prin încălzirea materialului din creuzet (3000 ° C), în atmosferă de gaz inert sau sub vid, cu încălzire, evaporare și substanțe de pulverizare cu laser, electroni sau ioni fascicule puternice [P. 42, 1].
atomizarea termică în vid este cel mai versatil și relativ simplă metodă de a furniza sensibilitate apropiată de această limită. Este aplicabil pentru o gamă largă de substanțe, inclusiv origine biologică. Pentru a pune în aplicare este suficient pentru a avea un vacuum în camera de la 10-6 torr.
Pentru a pune în aplicare pas multiphoton ionizare de fascicule atomice și moleculare sunt cele mai potrivite laserele cu coloranți pompate cu lasere excimer, care emit în intervalul 217-970 nm. În această regiune lungime de undă se încadrează tranziții atomice ale majorității elementelor din tabelul periodic (80%). Sistemul Simpler poate fi folosit ca un lasere de pompare de azot sau cupru.
Metoda fotoionizare este cel mai interesant pentru studii de obiecte biologice, deoarece permite analizarea concentrației urmelor de impurități a unui anumit element, fără o separare prealabilă a eșantionului. Exemple notabile ale unei astfel de analize de diagnostic sunt A1 și urme de sânge în apa de mare, precum și urme de Ru în apa de mare, în roci de pe fundul oceanului, și oasele de pește [P. 42, 1]. Prin folosirea a două și trei circuite de antrenare etapă Rydberg limita de detecție a fost de state (1-2) * 10-7 atm. % A1 și 3 -12 la '10. % Ru.
Semnificative între metodele de diagnostic distructive iau laser spectrometrie de masa [P. 42, P. 47]. Folosind analiza cu laser fotoionizare asigură o selectivitate îmbunătățită, ionii randamente ridicate (până la 100%) și capacitatea de a studia produse de scurtă durată. Spectrul de masă reprezintă distribuția vârfurilor de masă în intensitate și este o caracteristică a obiectului biologic studiat. Spectrometria de masă cu laser cel mai larg adoptat TOF Sistemul cu selecție de ioni în sectorul de câmpuri electrice sau magnetice, sistem static și dinamic duble spectrometre de masă cu accent, cum ar fi „reflekton în masă“.
Laser spectrometrie de masa este utilizat pentru a detecta clustere atomice sau moleculare ale moleculelor de impurități și de radicali în gaz, cu ajutorul studiat diverși compuși, importante pentru biologie, medicină și farmacologie. De exemplu, aproape de 100% a eficienței din două trepte fotoisnizatsii naftalina molecule radiație laser KrF (X = 248 nm) permite detectarea unei molecule în volumul de iradiere a unui singur impuls laser. Analiza sensibilității corespunde moleculelor înregistrării naftalinei în presiunea lor parțială la 10-14Torr sau concentrația relativă a aerului 10-8 [P. 42].
Avantajele spectrometria MESS cu laser sunt prezentate în studiul volatilității și instabilă la încălzire și bio-organice molecule, care sunt dificil să se traducă în faza gazoasă. Spectrele de masă de cristale adenină moleculare, antracen, guanină, timină, uracil, citozină și tripeptide prezentat în [P. 42]. Acesta oferă, de asemenea, rezultatele studiilor extensive asupra spectrometria de masă realizate pentru diferite clase de compuși bioactivi nevolatile organici :. oligozaharidele, glicozide, nucleotide, aminoacizi și oligopeptide etc. Pentru înregistrarea fiabilă a spectrului de masă suficient, de exemplu, greutatea probei de zaharoză 5 ng.
Spectrul de emisie de radiații cu plasmă este studiată în moduri diferite, în funcție de sarcina. De exemplu, disponibil comercial GDR LMA-dispozitiv 10 utilizează spectrograf de difracție cu înregistrare fotografică a spectrului [2]. Acest dispozitiv oferă dimensiunile minime ale eșantioanelor de microni 10X10 privind sensibilitatea analitică a 10-11-10-13 Deoarece sursa laser, se aplică un laser cu rubin, cu un Q-switched.
Combinația de substanțe de evaporare laser, cu absorbție ulterioară și de transmitere a vaporilor de analiză permite combinarea avantajelor ambelor metode, și anume. E. Pentru a obține un grad ridicat de sensibilitate localității și considerabilă. Acest spectrometru a fost folosit pentru a studia distribuția conținutului Cd în cortexul renal uman [P. 40, 3]. La măsurarea diametrului cu laser al craterului din grosimea probei 4 microni a fost de 50 de microni, suficientă sensibilitate de detecție în analiza de mai puțin de 0,1 pg substanțe Cd eroare de măsurare a conținutului de ordinul 6-30 rrsh.
Metoda a fost dezvoltat spectrometrie de masă cu laser microanalitice sau JTAMMA metodă care oferă rezoluție privind nivelurile micronice sau submicronice [P. 42, P. 47]. Această metodă și echipamentul corespunzător proiectat special pentru analiza elementară în obiecte biologice. JlAMMA-metodă vă permite să explorați conținutul oricărui element din tabelul periodic în substanțe biologice. Ea nu are nevoie de standarde și permite analiza simultană a mai multe elemente. Obiectele de studiu au variat: produse farmaceutice, sânge integral uscat și componentele sale (ser, plasma, celule sanguine roșii), retina, ficatul, țesutul muscular și alte țesuturi de organe animale, pietre la rinichi, drojdie de nutreț, țesuturi de plante (frunze, rădăcini, ramuri și așa mai departe.) și alții. [P. 42, P. 47, 4-8].
Rezoluția spațială a metodei realizează 1- 0,5 microni, limita absolută de detecție a multor elemente 6.1.10 g, iar concentrația limită de detecție 10-4- 10-8%. Consumul de cantitatea de substanță în test este de numai 1 m sau mai puțin. Metoda permite analiza permisiunile nivelurilor celulare și subcelulare asupra bacteriilor individuale și particulele de praf.
Pe lângă analiza elementară metoda Lamm sa dovedit utilă în studiul spectrelor de masă a multor clase de compuși organici și Bioorganic: Carbohidrati (oligozaharidele, glicozide etc.), acizi organici (acid ascorbic, barbitalovoy și colab.), Aminoacizi și micropeptides (glicină elanina, valina , leucină, izoleucină, tirozină și fenilalanină), sărurile compușilor organici aromatici (antracen, fenantren, dibenzogiofena, di-benzofuran, carbazol, trifenil fosfor), complecși organometalici ai compușilor cu moleculară mai mare greutate (cobalaminelor, glikozidadigitonina și lipide sintetice, atunci când se adaugă la o probă de clorură de sodiu, potasiu și cesiu) [P. 42].
Metoda Lamm implementată într-o varietate de masă cip laser industriale spectrometre lamma-1000 (FRG), LIMA (Anglia), email, email-2 (URSS) [P. 42, P. 47].