Uporaba Raman spektroskopijo v oftalmologiji - laser diagnostiko v biologiji in medicini

Uporaba Raman spektroskopijo v oftalmologiji
V zadnjem času, Raman spektroskopija kot neinvazivno metodo za neporušnih laserske diagnostiko, ki daje informacije o predmetu na molekularnem nivoju in ima velike možnosti za analizo in vivo in in situ, bolj prodoren za medicinske raziskave. Prvi in ​​ostaja eden glavnih zahtevkov Raman spektroskopijo v zdravilu oftalmologiji, namreč študija intaktnih živali in ljudi leče [34-40].

Sl. 6.9. Blokovna shema spektrometra za merjenje v vivo [38]: 1 - laser z barvilom, 2 - excimer laser, 3 - neprekinjeno Ar laser (= 488 nm), 4 - Vzorec 5 - difrakcije spectrograph, 6 - sinhroni generator impulzov 7 - ohladili večkanalni detektor risalnik 8, 9 računalnikom, 10 - prikaz 11 - magnetna pomnilnika. Črtkane črte prikazujejo del nastavitev za pulzni Raman diagnozo, ki se ne izvaja

Razvoj Raman microspectrometer večkanalno snemanje spektrov, ki zagotavlja visoko hitrost in prostorsko ločljivost (lokalno) z zelo občutljivo, odpira možnost za zgodnje diagnosticiranje in mase tako hudo bolezen, kot je katarakta [35, 37, 39, 40].
Blokovna shema Eden takšnih spektrometri je prikazan na sl. 6.9. Glavna sestavina spektrometra je visoko občutljivost ohladimo večkanalno detektor, ki v kombinaciji z Ar laser (A = 488 nm), nizko porabo (2-30 MW) za sprejem Ramanovo
spektre v dovolj širokem frekvenčnem pasu za zelo kratek čas (0,5 s). Ti pogoji določajo možnost odstranitvijo Ramanski spekter in vivo, in pokazati, da je prikazano na sl. 6.10 Ramanski spektri kunčje oko leče

Sl. 6.10. Ramanski spekter kristalnega lečo kunčjega očesa v osrednjem območju [39]: 1 - pri meritvah vivo, laserska moč P = 2 mVt- 2 - merjenje na izoliranem leče (P = 30 mW). Čas izpostavljenosti za vsako od treh fragmentov spektra s približno 0,5
jedrna regija [39]. Upoštevajte, da je moč laserskega sevanja 2 mW za čas obsevanja za 0,5 sekunde je meja, na kateri ni poškodba mrežnice očesa.
Nadaljnje izboljšave z vidika spektrometer pulzno vzbujanje Raman spektra uporabljajo nastavljivo laser barvila črpa excimer dazerom, bi morala omogočiti dodatno jamstvo za uresničitev merjenje in vivo z optimizacijo vozbuzhdeniyachspektrov (lasersko pogostost tuning) in da zmanjšajo izpostavljenost (način pulzno).
Raman microspectrometer na osnovi argona laserja (A = 514,5 nm) z močjo 60 mW in premerom promptno 2 mikrona v objektu opisanem v [37].
Tabela 6.1
Značilne linije Raman spektra sveže pripravljene celem kunčje oko leče pridobljenega iz površinske plasti pod jedra leče.
Vrednosti so frekvenčni premiki Raman daje ne nelinearnost valovna dolžina razdelka spektrografom (fenilalanin - F, tirozin - TP3, triptofan - TRF) [37]

Spektri leč smo zabeležili v območju 200-1400, 700-1900, 2800- 4000 in 2400-3600 cm-1 z uporabo difrakcije spektrometer in večkanalni analizator s črto, 1024 fotodiod. polni spekter Čas merjenja je 5-30 min. Podatki za frekvenčne premiki Raman značilnih pasov spektra in rezultati klasifikacije, navedeni avtorji [37] in so prikazani v tabeli. 6.1.
Ramanov spekter normalno leče tvorjen prekrivanja spektrov tako imenovane alfa, beta in gama--crystallin - strukturni proteini, skupno težo v leče približno sesalca S3% celotne mase leče, njihovi spektri / derivate (zlasti proteinski agregati) in vodo iz leče [34]. Z Raman študiji spektroskopijo molekularno strukturo normalna in postaral živali katarakta leč in ljudeh, vključno z lečami izpostavljeni drog [34-40]. Najbolj zanimive rezultate smo dobili za sekundarno strukturo proteinov in leče za mikrookolja stranskih skupin proteinov, kot so triptofan, tirozin in sulfidne skupine. <2 точки зрения ранней диагностики катаракты представляют интерес следующие полосы [38, 39]: полоса в диапазоне 3600—3100 см-1, определяемая наличием воды в хрусталике- полоса с частотой 2580 см-1 (2568 см-1 по данным [37], табл. 6.1), отнесенная к валентным колебаниям сульфидных групп дистеинового остатка- дублетные полосы тирозина на 855 и 831 см-1- конформационные полосы поли- пептидного основания на 1672 см-1 амида-1 и 1240 см-1 амида-3- полосы триптофана на 644 см-1 и фенилаланина на 624 см-1 (622 см-1 [37], табл. 6.1).
Razmerje intenzivnosti pasovni 3390 cm-1 (OH raztezanje vibracije) intenzivnosti pasu 2935 cm-1 (CH raztezanje vibracije) variira od 0,40 do 0,50 prozorne leče za kunčje katarakta leča očesa (tabela. 6.2). Pri obdelavi objektiva anticataract zdravilo, je razmerje na 0,43. Povratne procesi pojavljajo v lens oči jedro miš v staranju, ko je to razmerje zmanjša od 0,33 do 0,18 [34]. • Te spremembe kažejo v procesu staranja izgubo vode. Hkrati je učenje treh vrst katarakte v miših kaže, da je intenzivnost OH raztezanje vibracij (3390 cm -1) znatno poveča kot motnosti leč. Na primer, razmerje intenzivnost za katarakto objektiv in normalno na isti starosti je enako štiri mesece, je 1,1-1,4.
Tako je relativna intenziteta značilnih nihanj H20 lahko služi kot test za diagnozo katarakte. Vendar pa je treba dodeliti kristalni leči študija.
Razmerje intenzivnost najbolj značilnih Ramanovi pasovi lens kunčjih očeh občutljivih do 194 uporablja induciran z ustrezno dieto katarakte, so prikazani v tabeli. 6.2 [38]. Te spremembe v pasovih ustrezajo vodo, sulfidne skupine, tirozin, triptofan in fenilalanin, kot tudi amida-1 in amida-3 kaže številne strukturne spremembe, kar ima za posledico tvorbo katarakte, ki imajo za posledico delni pretvorbi triptofan proteinov ostanki lens od "zaprta" v "odprte" oblike, možno vpletenost ostanke tirozina v "proteinske agregacije« domnevni Postopek hkratno delne preusmeritve -SH skupin cisteina v s-s vezi.
Tabela 6.2
Razmerje intenzivnost Ramanovi pasovi kunčje oko leče
Sive mrene so umetno povzroča dieto. Zdravilo - Dondalina [38]

V študiji strukturnih sprememb v osebo katarakta leč ima nekaj težav zaradi svoje močne fluorescence, ki se povečuje s starostjo. Razmerje intenzitete fluorescence z intenzivnostjo posameznih pasov v Raman spektra je merilo patologije leče zaradi motnosti zaradi fluorofori [34-40] (makromolekularni agregati proteinov). Vpliv anticataract drogami v veliki meri zmanjšuje ozadja fluorescence v Raman spektrov. Ta učinek lahko služi kot merilo delovanja zdravil [38]. Po drugi strani povečevanje valovne dolžine kvalitetna laser 406.7 nm do 514.5 nm in 647.1 nm Pred nadalje močno omogoča zmanjšanje fluorescenco ozadja Raman spektre zanesljivo registracijo, [34].
S pomočjo razviti [37] večkanalni microspectrometer bilo mogoče dobiti Ramanski spekter mikro leč kuncih in človeško oko, v sorazmerju z velikostjo lokalnih motnosti v lečo katarakte, ki so označene z elektronsko mikroskopijo. prozorni spreminja kristalinični leče so opazili Ramanski spekter proteinov s skeniranjem fokusiranega laserskega snopa od središča do obrobja leče. Vendar pa ni bilo opaženih sprememb v spektrih dveh sosednjih odsekov objektiv - pregledne in motna. To je lahko zaradi težav pri določitvi pasu na usmerjenega svetlobnega snopa na zamegljenih Microinclusions ali celo z zelo majhnimi spremembami v CD spektrov sosednjih oddelkov. Zamegljenost leče v tem primeru je lahko posledica nihanj da na velike razdalje orientacije proteinov z zelo majhnimi spremembami peptidne verige povzročajo, in se lahko raziskovali z uporabo polarizacijskega Ramanski spektroskopijo [37] in elastično sipanje svetlobe spektroskopijo (Ch. 2).
Vsaka upanje rešiti v bližnji prihodnosti težave zgodnje diagnosticiranje katarakte z Raman spektroskopijo infundiranje uspešno izvedenih pri merjenju vivo Raman spektre kuncev jedra oko leč v stroki (glej. Sl. 6.10). To je bilo mogoče z razvojem Raman spektroskopijo tehnike z uporabo optičnega večkanalno analizator, ki omogoča visoko občutljivost za snemanje širokopasovne Ramanski spekter, v času od okoli 0,5 [36,38,39]. V [39] uporabili tipa večkanalni detektor Tracor TN-6500, in [37] - EG & GPA OMA 111 linearna 1024 diode, ki lahko bere CD-spektre za nekaj minut. Podjetje Zhoben Yvon (Francija) proizvaja vsestransko popolnoma avtomatizirane microspectrometers KR tipa V1000 in S3000, ki je opremljen z več kanalov optičnih detektorjev.