Заключение - лазерни диагностика в биологията и медицината

видео: "Съвременните принципи на диагностиката и лечението на саркома на меките тъкани" (Част 2)

Видео: биохимията на организма

При написването на тази книга, авторите предвидени за въвеждане на масовия читател с нова бързо развиваща се и вълнуваща област на научни изследвания е да се разработи методи за диагностика, прилагани към лазерни проблеми се решават в биологията и медицината. Книгата представя голямо разнообразие от методи за диагностика. Някои от тези техники са добре установени за употреба в клиники и лаборатории, се регулира промишленото производство на подходяща диагностична апаратура. Други методи са в процес на развитие и да ги използват само първите резултати.
Днес ситуацията е такава, че почти всеки нов метод или техника на лазер макро- или mikrodiagnostiki се тества върху биологични обекти на изследването, и няма начин дори да се изброят всички от тези методи. Ето защо, редица методи и конкретни примери за прилагането им в биологията и медицината е останал извън полезрението на авторите на. Въпреки това, ние не можем да кажем поне по мнение като цяло, голям клас лазерни диагностични техники, които не е отговорено на всички в книгата - тя е деструктивни методи за диагностика.
Поради сложността на биологични обекти, използващи неразрушаващи методи mikrodiagnostiki често може да се получи само качествена информация за състава на веществото, наличието на примеси и така нататък. В тази връзка, широко разработени методи за лазерно аналитична спектроскопия, на базата на ефектите на лазер фотовъзбуждане и фотойонизация предварително създадени bioobjects проби от местната изпаряване разпрашаване или лазер, електронен или йонен лъч, тяхното пулверизиране в пламъка, топлина пулверизиране във вакуум или инертен газ. Тези техники са силно чувствителни и позволяват количествена информация за съдържанието на различни, например токсични примеси в биологични обекти [P. 40, стр 42, стр 47, 1].

Конвенционално, лазерни методи за унищожаване диагностика могат да бъдат разделени в две групи.
Първата група включва методи за лазерно йонизация спектроскопия, която обикновено не се изисква за получаване на диагностични местност. В тези методи, предварително на bioobject пулверизира или друго условие или десорбция на молекули от нейната повърхност. След приготвяне на пробата прилагане на различни методи на единичен фотон или multiphoton йонизация на лазерното лъчение, поток от йони (М + E ~ (М + С) +) (фиг. 5,1), който се анализира чрез измерване на плазмената електрическата проводимост, или регистрацията на вторични електрони или използват пропорционални броячи йони или йон спектрометрия подвижност, или мас спектрометрия на произвежданите йони.
Втората група включва методи за лазерно микро спектрален анализ, които обикновено осигуряват висока пространствена разделителна способност, поради локално анализ на изключително малки обеми от изпаряване на bioobject (microsamples) фокусиран лазерен лъч. Освен това, използването на традиционни методи за анализ на изпаряват вещества: емисии спектроскопия (с допълнителен възбуждане на плазмата в дъговия разряд), абсорбция и предаване спектроскопия или флуоресцентна спектроскопия и мас спектрометрия.
Съвременни диагностични задачи (токсикологични, замърсяване на околната среда) изискват разработването на методи за контрол на съдържанието на примеси във веществото в 10-8-10_i%. Такава чувствителност се осъществява в Схеми стъпаловидно лазер фотойонизация при пулверизиране чрез загряване на материала в тигела (3000 ° С) в атмосфера на инертен газ или във вакуум с нагряване, изпаряване и спрей вещества мощен лазер, електронен или йонен греди [P. 42, 1].
Термично пулверизиране във вакуумна е най-гъвкав и относително прост метод за осигуряване на чувствителност близо до тази граница. Тя е приложима за широк спектър от вещества, включително и биологичен произход. За да се приложи достатъчно е да има вакуум в камера при 10-6 Torr.
За изпълнение на стъпка multiphoton йонизация на атомни и молекулни греди са най-подходящи за боядисване лазери изпомпва от ексимерен лазер, които излъчват в диапазона от 217-970 пМ. В този регион на дължина на вълната падне атомни преходи на повечето елементи на периодичната таблица (80%). Опростена система може да се използва като изпомпване азотни лазери или мед.
метод фотойонизация е най-интересно за изследване на биологични обекти, тъй като позволява да се анализира концентрацията на следа примес на определен елемент, без предварително отделяне на пробата. Известни примери за такъв диагностичен анализ са A1 и следи от кръв в морска вода, както и следи от Ru в морска вода, в скалите на дъното на океана, и костите на риба [P. 42, 1]. С помощта на две и три етап задвижващи вериги граница на откриване състояния Rydberg е (1-2) * 10-7 атм. % А1 и 3 '10 -12 в. % Ru.
Значително сред разрушителните диагностичните методи вземат лазер масспектрометрия [P. 42, стр 47]. Използване анализ лазер фотойонизация осигурява подобрена селективност, високи добиви йони (до 100%) и способността за изследване краткотрайни продукти. Масспектър представлява разпределението на масови пикове в интензитета и е характеристика на изследваната биологичен обект. спектрометрия Лазерната маса най-широко приет TOF система с избор на йони в сектора на електрически или магнитни полета, статични и динамични система двойни фокусиране масови спектрометри като "маса reflekton".
Лазерно масспектрометрия се използва за откриване на атомни или молекулни групи от примеси молекули и радикали в газ, с помощта проучен различни съединения, важни за биологията, медицината и фармакологията. Например, в близост до 100% ефективност на два етапа fotoisnizatsii нафталина молекули лазерно лъчение KrF (X = 248 нм) позволява откриване на единични молекули на обема на облъчване на един лазерен импулс. Анализът на чувствителност съответства регистрация нафталинови молекули в тяхната парциално налягане на 10-14Torr или относителна концентрация въздух 10-8 [P. 42].
Предимства на лазер MESS спектрометрия са показани в изследването на нестабилност и нестабилен към нагряване и био-органични молекули, които са трудно да се трансформира в газова фаза. Масспектрите на молекулно кристали аденин, антрацен, гуанин, тимин, урацил, цитозин и трипептид е показано на [P. 42]. Това също така дава резултатите от обширни проучвания за мас спектрометрия извършва за различни класове на биоактивни нелетливи органични съединения :. олигозахариди, гликозиди, нуклеотиди, аминокиселини и олигопептиди и т.н. За надежден запис мас спектър достатъчно, например, захароза тегло на пробата от 5 нг.
спектър на емисиите на плазма радиация се изследва по различни начини в зависимост от задачата. Например, търговски достъпен ГДР LMA устройство 10 използва дифракция спектрограф с фотографско записване на спектъра [2]. Това устройство осигурява минимални размери на микрона проби 10х10 по аналитична чувствителност на 10-11-10-13 като източник на лазерна прилага рубин лазер с Q-прекъсвачи.
Комбинацията от лазерни изпаряване вещества с последваща абсорбция и предаване на анализа пара позволява да се комбинират предимствата на двата метода, т.е.. Е. За да се получи висока степен на място и значителна чувствителност. Това спектрометър се използва за изследване на разпределението на съдържание Cd в кората на човешки бъбрек [P. 40, 3]. При измерване на лазерния диаметър на кратер в дебелината на пробата 4 микрона е 50 микрона, достатъчна чувствителност откриване при анализа на по-малко от 0.1 PG вещества Cd измерване съдържанието на грешки от порядъка на 6-30 rrsh.
Метод е разработен Microanalytical лазер мас спектрометрия, или JTAMMA-метод, който осигурява резолюция на нивата на микрона или субмикронни [P. 42, стр 47]. Този метод и съответното оборудване, предназначени специално за елементарния анализ на биологични обекти. JlAMMA-метод ви позволява да изследвате съдържанието на който и да е елемент от периодичната таблица на биологични вещества. То не изисква стандарти и позволява едновременното анализа на много елементи. Предмет на изследване варират: лекарства, сух цяла кръв и неговите компоненти (серум, плазма, червени кръвни клетки), ретина, черния дроб, мускулите и други тъкани от животински органи, камъни в бъбреците, фуражни дрожди, растителна тъкан (листа, корени, клонове и така нататък.) и други. [P. 42, стр 47, 4-8].
Пространствената разделителна способност на метода постига 1- 0.5 микрона, абсолютната граница на откриване на много елементи 6.1.10 г, и границата на откриване на концентрацията на 10-4- 10-8%. Консумация количество вещество в анализа е само 1 m или по-малко. Методът позволява анализ на клетъчни и субклетъчни нива разрешения за отделните бактерии и прахови частици.
Освен елементен анализ метод Lamm е доказано полезни при изследване на мас спектрите на много класове на органични и Bioorganic съединения: въглехидрат (олигозахарид, гликозид и т.н.), органични киселини (аскорбинова, barbitalovoy и др.), Аминокиселини и micropeptides (глицин elanina, валин , левцин, изолевцин, тирозин и фенилаланин), соли на органични ароматни съединения (антрацен, фенантрен, dibenzogiofena, ди-бензофуран, карбазол, трифенил фосфорен), органометални комплекси на съединенията с високо молекулно тегло (кобаламини, glikozidadigitonina и синтетичен липид, когато се добавят към пробата на натриев хлорид, калий и цезий) [P. 42].
метод Lamm изпълнени в различни промишлени лазер маса чип спектрометри LAMMA-1000 (Germany), Лима (Англия), емайл, емайл-2 (СССР) [P. 42, стр 47].