拉曼光谱研究半岛综合体育官方APP下载德甲生物有机体(生物材料和生物组织):一个有价值的分析工具

玛尔维娜g . Orkoula^一个和克里斯托g . Kontoyannis^a、b

^一个制药、大学的佩特雷,Rio-Patras希腊。电子邮件:(电子邮件保护)
^bICE-HT /,邮政信箱1414,大学校园,Rio-Patras,希腊

介绍

“生物”一词来源于希腊语单词bios(的生活方式)和gennan(生产),是指生产或来自一个活的有机体;在生物过程中产生的。生物材料可以是化学物质,晶体构成,气态混合物,分泌物从植物、动物或人类的有机体。他们可以是有机或无机的。

组织细胞组织之间的中间水平细胞和一个完整的生物。组织是一个相似的细胞一样起源一起执行特定的功能。

由于过多和化合物在生物的多样性生物,他们的身份是一个相当艰巨的任务。在一些情况下,化合物之间的相似性或本质的研究人员正在寻求的信息,如材料的确切位置在一个组织或微妙的变化/差异诱导胶原蛋白等生物大分子,呈现最无用的分析技术。拉曼光谱的应用,一个相当通用的分析工具,可半岛综合体育官方APP下载德甲以提供方法来克服这些问题。尽管固有的微弱信号,拉曼光谱提供了一些独特的优势。半岛综合体育官方APP下载德甲作为一个振动拉曼光谱技术可以用于识别目的,像一个红外(IR)光谱,但与红外光谱、拉曼光谱的脸没有问题在处理水时,复合丰富的组织,因为它是一个弱的拉曼散射体。半岛综合体育官方APP下载德甲其他优点包括,但不限于,其能力的“映射”的组织利益和多晶型物和pseudo-polymorphs之间的分化。在我们的实验室中,20年来,我们一直在探索这个强大的光谱工具的应用程序在不同类型的生物材料和生物组织,这些都是下面讨论的一些示例。

应用实例

尿路结石

尿石是固体结核或水晶聚合形成的肾脏膳食矿物质在尿液。

拉曼光谱差异等非常相似的化合物一水草酸钙(COM)和二水草酸钙(COD),发现尿路结石共存,是探索和报告。¹在另一个更困难的情况下,多层沉积的COM,鳕鱼,羟基磷灰石(HAP)和二水磷酸氢钙(观察)导致一个非常复杂的石头。²在这项研究中,拉曼光谱的能力“映射”的表面材料采用非破坏性的方式。半岛综合体育官方APP下载德甲结果相比,通过傅里叶变换红外(IR)光谱和x射线衍射(XRD)分析。半岛综合体育官方APP下载德甲拉曼光谱有明显和尖锐的乐队与那些通过傅立叶变换红外光谱。半岛综合体育官方APP下载德甲粉末x射线衍射不能用于拓扑分析,因为磨的石头是必要的。

镶嵌存款

一个前列腺支架从病人的手术切除尿道由于堵塞(见图1)。滞留在腔的尿石也是收获。横截面显示一个环状沉积指示一个复杂的形成过程。厚的核心(~ 3.8毫米半径)被一薄层(0.2毫米)半径不同的化学成分(参见图1 b)。拉曼和红外光谱用于分析和六种不同半岛综合体育官方APP下载德甲的物质,一种罕见的发生,被检测到,产生复杂的光谱。鸟粪石(STR),运气,COM,尿酸(UA)、尿酸盐钾(PU)和尿酸盐铵(AU)结核的主要部件上形成金属支架。³基于这些发现,沉积的病理条件和进化的解释是尝试如下。

图1所示。(一):前列腺支架与结壳和尿石腔,(B):尿石的横截面。厚核和周围的层是明显的。

不同地区的存在,中央核心和折叠层不同的成分,表明石头是不同环境下逐渐形成的。核心,其中包括尿酸,成立于酸性环境,可能在病人的膀胱,然后搬到内腔。,降水相对薄层组成的STR,非盟和聚氨酯发生尿石核、前石是手术切除。鸟粪石的发生,这是在金属表面所形成的主要组成部分,对感染密切相关。在这种情况下,urease-producing细菌水解尿素和随后的海拔引起的博士在碱性环境下,假设尿液过饱和对尿酸盐,钾或尿酸盐铵应该预期的形成。草酸钙和羟磷灰石环表面的直接接触的支架可以解释为外延生长在不同的盐尿酸盐晶体。

骨(骨质疏松症)

骨是一种复合材料。它由bioapatite晶体(生物类似于羟磷灰石)嵌入在一个胶原蛋白网络。骨质疏松症是一种代谢性骨疾病影响骨骼的完整性,降低其强度和导致增加骨折事件。使用拉曼骨成分和质量评估
半岛综合体育官方APP下载德甲光谱学。

一个典型的拉曼光谱的骨骼在图2中可以看到。峰的重叠导致光谱的复杂性和反褶积是必要的广泛的光谱区域揭示组成的山峰。

图2。拉曼光谱的骨头(A)和反褶积下的峰值(B)胶原蛋白脯氨酸和羟脯氨酸,(C) bioapatite,碳酸(D), (E)酰胺我光谱区域。

骨成分数据可以从乐队获得强度矿物比有机基质。⁴在骨质疏松症,mineral-to-matrix比发现减少由于矿物质含量减少。其余bioapatite力学性能的退化。为实现矿产质量的两个指标。carbonate-to-phosphate比例,对应的百分比磷酸替代和bioapatite的结晶度。高磷酸盐替代导致脆弱的骨组织。矿物结晶度是一个参数也被连接到病理条件或骨骼老化。它可以估计的逆磷酸959厘米¹在半峰带宽。例如,骨质疏松性胫骨来自老鼠的骨质⁵表现出显著增加结晶度和碳酸盐含量伴随mineral-to-matrix比率下降,表明不仅减少矿物的存在脆性材料。

改变胶原蛋白网络,即改变交联,也印在拉曼光谱。骨的分子间交联胶原蛋白是一种最重要的分子性质的胶原蛋白和纤维支架提供了重要的机械性能如抗拉强度和粘弹性。这个参数的指标是1660厘米的强度比¹/ 1685厘米¹乐队在酰胺我光谱范围,指的是non-reducible /可约胶原交联。⁵

相当大的增加(1660厘米¹/ 1685厘米¹)比,控制相比,观察骨质疏松性大鼠胫骨指示的数量增加non-reducible(三价)交叉连接由于转变可约(二价)和/或后续减少可约或更少的形成。因此,酰胺我地区拉曼光谱的分析表明,严重恶化的骨骼结构发生在骨质疏松症。胶原蛋白去除不仅增加网络变得更强硬,更僵化,失去弹性。重要的是要注意,胶原蛋白交联的信息不能被任何生化标记测量如伴胶原蛋白交联(NTx)或其他临床检查。

软骨(骨关节炎)

软骨是一个灵活的结缔组织发现在许多地区在人类和其他动物的尸体,包括关节之间的骨头。骨关节炎是一种病理状态,它在髋关节和膝关节造成损害,并导致软骨变性和软骨下骨损伤。

股头

台光谱用于骨关节炎的研究半岛综合体育官方APP下载德甲人类股正面,一段是如图3所示。⁶光谱区分软骨下骨和关节软骨胶原蛋白类型I和II,之间实际上是完成在健康领域的钢圈股骨头(脖子附近),一个完整的健康的软骨层周围的软骨下骨。关键是我带的酰胺拉曼光谱的骨头和软骨组成的二级结构是胶原蛋白的特征类型。骨和关节软骨斑点,酰胺我带形态显著不同。在软骨广泛的峰值1668厘米¹主导光谱范围和变化主要是通过一个狭窄的峰值为1657厘米¹软骨下骨的光谱。

图3。部分的70岁男性人工股骨头。

当我们移动,周长,对股骨头的顶端部分,软骨的退化,由于运动摩擦,是可见的。这个区域的映射,从外表面向内部部分,揭示了不同光谱特性的骨关节炎。在一个案例中,骨的存在(胶原蛋白I型和bioapatite)主导外点的光谱扫描。这是由于严重的软骨变性和后续发现的软骨下骨。在第二个案例中,钙化软骨的光谱特性,即胶原蛋白II型和apatitic岩层,观察在相同的光谱。软骨钙化软骨开关领域(胶原蛋白II型)和骨组织(胶原蛋白I型和bioapatite)共存。这是由于嵌入的软骨软骨下骨。软骨钙化软骨和骨骼/混合记录几毫米的深度对股骨头的中心和可能在骨关节炎的进展表明中间阶段。

图4。共存的胶原蛋白I型(1657 cm - 1)和胶原蛋白II型(1668 cm - 1)在酰胺分解后我带信封的骨关节炎的区域;拉曼光谱记录在人类的股骨头部分。

弯月面

人类半月板是一个月牙形状的fibrocartilagenous结构部分将膝关节腔。它是容易引起化学变化病理条件。半月板由fibril-forming胶原蛋白(60 - 70%的组织的干重),蛋白聚糖,矩阵糖蛋白和弹性蛋白。主要类型的胶原蛋白发现I型和II。蛋白聚糖是复杂结构的蛋白质与一个或多个粘多糖(GAG)链。半月板由软骨素6-sulfate (c6)(40%),软骨素4-sulfate (C4S)(10 - 20%),硫酸dermatan (DS)(20 - 30%)和硫酸角质素(KS) (15%)。

台光谱采用对人体半月板样半岛综合体育官方APP下载德甲本。⁷预期,笑话应该存在于健康领域和他们的浓度应该增加在骨关节炎的地区。主要的拉曼光谱峰软骨素6-su半岛综合体育官方APP下载德甲lfate(这是最丰富的人类半月板呕吐),发生在882厘米¹分配给CH(振动),939厘米¹(分配给C-O-C振动)和1064厘米¹(分配给OSO³振动)。的主要山峰软骨素4-sulfate发生在853厘米¹和886厘米¹(由于紧身上衣乐队CH振动),939厘米¹(分配给C-O-S振动)和1069厘米¹(分配给OSO³振动)。Dermatan硫酸盐的主要山峰有866厘米¹(分配给C-O-C的反对称振动),和近1065厘米¹(分配给C-O-S振动)。

从记录光谱变得明显,骨关节炎在人类半月板胶原蛋白类型有关我和选择性dermatan硫酸盐的存在,而半月板的健康状态相关的纯胶原蛋白II型或胶原蛋白类型I和II的共存,以及硫酸软骨素。Bioapatite和方解石晶体纯胶原蛋白II型,或共存的胶原蛋白I型和II, rim的标本被发现。Bioapatite乐队的特点是在960厘米¹,而方解石被乐队在1087厘米¹。这一发现表明,结晶时诱导骨关节炎。

总结

拉曼光谱被成半岛综合体育官方APP下载德甲功用于化合物的识别存在于生物材料。在一些情况下应用拉曼光谱产生的信息超过了来自当前最常用的红外光谱和x射线衍射技术。半岛综合体育官方APP下载德甲生物组织成分提取数据和质量评估,适当处理后的拉曼光谱。这种类型的信息直接相关病理状态如骨质疏松和骨关节炎。此外,拉曼光谱是容易获得,没有治疗所需的样本。

引用

1. C.G. Kontoyannis: Bouropoulos沃Koutsoukos辩解,“使用拉曼光谱定量分析的草酸钙水合物:应用尿石”,半岛综合体育官方APP下载德甲达成。Spectrosc。51,64 (1997)。doi:http://dx.doi.org/10.1366/0003702971938777
2. C.G. Kontoyannis: Bouropoulos沃Koutsoukos辩解,“尿石矿物层分析组件通过拉曼光谱、红外光谱和x射线粉末衍射。半岛综合体育官方APP下载德甲比较研究”,达成。Spectrosc。51,1205 (1997)。doi:http://dx.doi.org/10.1366/0003702971941764
3. c . Kontoyannis n . Bouropoulos h . Dauaher c . Bouropoulos和n . Vagenas”分析前列腺支架结壳和裹入尿石利用红外光谱和FT-Raman光谱”,半岛综合体育官方APP下载德甲达成。Spectrosc。225 (2000)。doi:http://dx.doi.org/10.1366/0003702001949140

1. Karabas, M.G. Orkoula C.G. Kontoyannis”校准模型的定量分析骨(胶原蛋白和bioapatite)使用拉曼光谱”,半岛综合体育官方APP下载德甲j . Biophotonics573 - 586 (2013)。doi:http://dx.doi.org/10.1002/jbio.201200053

4. M.G. Orkoula, M.Z. Vardaki和C.G. Kontoyannis”,研究骨基质的变化引起的骨质疏松症大鼠胫骨使用拉曼光谱”,半岛综合体育官方APP下载德甲Vibr。Spectrosc。63年,404 - 408 (2012)。doi:http://dx.doi.org/10.1016/j.vibspec.2012.09.016
5. M.Z. Vardaki, p .兆D.J. Papachristou C.G. Kontoyannis M.G. Orkoula,“化学映射人类骨关节炎的股骨头部分使用台光谱”,半岛综合体育官方APP下载德甲在化学工程学报》9日泛希腊科学会议,CH0358 (2013)。http://9pesxm.chemeng.ntua.gr/fullpapers/CH0358.pdf
6. p . Papaspyridakou d . Papachristou p .大型c . Kontoyannis和m . Orkoula“解开化学变化诱导人类骨关节炎半月板的使用台光谱”,半岛综合体育官方APP下载德甲在化学工程学报》9日泛希腊科学会议,CH0360 (2013)。http://9pesxm.chemeng.ntua.gr/fullpapers/CH0360.pdf