FireFly LIBS元素分布成像快速测量系统在医学和动物中的应用

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FireFly LIBS快速元素分布成像快速测量系统，单次测量即可检测元素周期表中几乎所有元素、能够进行元素分布成像快速测量、对样品几乎无损伤无消耗、无须样品预处理、实验近乎零成本、 1秒钟可测量多达100次，因此在动物和人体的软、 硬组织元素分析领域，FireFly技术应用进展迅速， 并广泛应用于病理、毒理、临床诊断、药理、营养、古生物和古环境研究。  测量原理 案例一： FireFly LIBS技术和LA-ICP-MS技术应用于肿瘤性质分析对比 生物组织的生理和病理改变会影响其化学成分分布，LIBS技术能够测量相应的宏量及微量生物元素的浓度分布，进而从化学的角度进行癌症早期筛查或者作为辅助癌症诊断技术。本研究结果表明，癌变组织中Mg元素和Ca元素异常增高。 案例二： FireFly LIBS信号读取方式应用于免疫化学检测当前癌细胞检测通常应用免疫组织化学(IHC)和免疫细胞化学（ICC）方法，需要使用纳米粒子标记之后在光学显微镜下检测。但是可用的标记种类少、多路复用能力差限制了该检测方法的效果。Tag-LIBS技术使用上转换纳米颗粒（UCNPs）进行标记，信号强度高、可多元素同时检测因而多路复用能力强，因此可代替IHC和ICC方法。 案例三： FireFly LIBS技术应用于硬组织分析分析牙齿、骨骼等硬组织的元素信息，能够得到生物体的性别、健康、饮食、原籍和迁移等信息，在考古、人类学、法医、医疗等研究中必不可少。本研究应用FireFly LIBS技术对铅暴露不同时间的小鼠的颌骨和股骨进行快速元素分布成像分析，得到不同元素的平面微分辨率分布图像。 参考文献：1. KONEČNÁ, A.; POŘÍZKA, P.; MODLITBOVÁ, P.; PROCHAZKA, D.; VRLÍKOVÁ, L.; BUCHTOVÁ, M.;KAISER, J. Multi-elemental spatially resolved analysis of hard tissues by Laser-Induced BreakdownSpectroscopy. 2022.2. VYTISKOVÁ, K.; OBOŘILOVÁ, R.; NOVOTNÝ, K.; FARKA, Z.; SKLÁDAL, P.; KAISER, J.; POŘÍZKA, P.Detection of biomolecules labeled with photon-upconversion nanoparticles by laser-induced breakdownspectroscopy. ESAS-CSSC 2022 BOOK OF ABSTRACTS. Brno: Spektroskopická společnost Jana MarkaMarci, 2022. p. 154-154. ISBN: 978-80-88195-41-2.3. Kateřina Kiss, Anna Šindelářová, Lukáš Krbal, Václav Stejskal, Kristýna Mrázová, Jakub Vrábel, Milan Kaška, Pavlína Modlitbová, Pavel Pořízka, Jozef Kaiserd， J. Anal. At. Spectrom., 2021,36, 909-916 北京易科泰生态技术有限公司 Beijing Ecotech Science and Technology Ltd. 生态-农业-健康(Ecology， Agriculture， Health) FireFly LIBS 元素分布成像快速测量系统在医学和动物中的应用 FireFly LIBS 快速元素分布成像快速测量系统，单次测量即可检测元素周期表中几乎所有元素、能 够进行元素分布成像快速测量、对样品几乎无损伤无消耗、无须样品预处理 、实验近乎零成本、 1秒钟 可测量多达100次，因此在动物和人体的软、 硬组织元素分析领域， FireFly 技术应用进展迅速，，并广 泛应用于病理、毒理、临床诊断、药理、营养、古生物和古环境研究。 测量原理 1.激光脉冲烧蚀 高能激光脉冲瞬时作 用 于样 品 表面，微量样 品烧蚀 成 等 离子体· 2.检测原子发射光谱 等离子 体 在 冷却 过 程 中 的 光辐射被解析为 光 谱，该光谱 具 有 样 品所含物 质 的 元素特征谱 线 ， 可 用于元素 定 性 定 量分 析 。 案例一 ：：FireFly LIBS 技术和LA-ICP-MS技术应用于肿瘤性质分析对比 左 一 、二、三 图：鳞状细胞癌的LA-ICP-MS 元素分布分析、病理切片图、FireFly LIBS 30um 分 辨 率元素分布分析 右图 ： LA-ICP-MS和 LIBS 技术在灵敏度、扫描空间分辨率、扫描速度上的比较 生物组织的生理和病理改变会影响其化学成分分布，LIBS 技术能够测量相应的宏量及微量生物元素 北京易科泰生态技术有限公司 Beijing Ecotech Science and Technology Ltd. 生态-农业-健康(Ecology， Agriculture， Health) 的浓度分布，进而从化学的角度进行癌症早期筛查或者作为辅助癌症诊断技术。本研究结果表明，癌变 组织中 Mg元素和 Ca 元素异常增高。 3000 c 组织不同位置 的 LIBS 元 素谱线：病变的组织Mg、Ca 元 素特征峰异常增高 恶 性 黑色素瘤的 FireFly L IBS 元素分 布 成像表明 Ca 、Mg元素在病变位置含 量异常 增 高 案例 二 ：FireFly LIBS 信号读取方式应用于免疫化学检测 当前癌细胞检测通常应用免疫组织化学(IHC)和免疫细胞化学 (ICC)方法，需要使用纳米粒子标记 之后在光学显微镜下检测。但是可用的标记种类少、多路复用能力差限制了该检测方法的效果。Tag-LIBS 技术使用上转换纳米颗粒 (UCNPs) 进行标记，信号强度高、可多元素同时检测因而多路复用能 力强，因此可代替 IHC 和 ICC 方法。 (A) 免 疫 细胞化 学方 法 ； (B] Tag-LIBS 方 法： 检测YI 437.49 nm 谱 线 北京易科泰生态技术有限公司 Beijing Ecotech Science and Technology Ltd. 生态-农业-健康(Ecology， Agriculture， Health) 具 备 HER2 受体 (BT-474)和 不 具备 HER2受 体 (上 )；[MDA-MB -231) 的 UCNP-SA 标 记的 细 胞 板 的 FireFly LIBS 成像 结 果 (下 )。材 标记 浓度为 7-700 ug/ml 案例三： FireFly LIBS 技术应用于硬组织分析 分析牙齿、骨骼等 硬 组 织的元素信 息 ，能够得 到生 物体的性别、健康、饮食、原 籍和迁移等 信 息，在 考 古 、人 类 学、法医、医 疗 等 研究中必不 可 少。本研究 应 用 FireFly LIBS 技术对铅暴 露 不 同 时间 的小鼠的颌骨和股骨进行快速元 素 分布成像分析，得 到不同元 素 的 平 面微分 辨 率分布 图 像 。 F ireFly 同 时 具备标 准 分 辨 率和微区分 辨 率，，二 者 之 间 可自动 切换 ，无须 手 动调 试 光 路 。Ca 和Mg分布成像测 量 使 用 F i reFly 100um 完 成， Pb、Sr分 布 成 像 测 量 使用 FireFly 30um 分 辨率完 成 。左 图为小 鼠颌骨 ，右 图为小 鼠 股 骨。 参 考 文 献： 1.KONECNA，A.； PORiZKA， P.； MODLITBOVA， P.； PROCHAZKA，D.；VRLIKOVA， L.； BUCHTOVA， M.；KAISER， J.Mult i -elemental spatially resolved analysis of hard tissues by Laser-Ind u ced BreakdownSpectroscopy. 2022. 2. VYTISKOVA， K.； OBORILOVA， R.； NOVOTNY， K.； FARKA， Z.； SKLADAL， P.； KAISER， J.； PORiZKA， P.Detection of 北京市海淀区高里掌路翠湖云中心3号院6号楼1单元101B，邮编：100095www.eco-tech.com.cn Tel.： +86 10 82611269/1572Emai l： sa l es@eco-t ech .com.cn support@eco-tech.com.cn 北京易科泰生态技术有限公司 Beijing Ecotech Science and Technology Ltd.生态-农业-健康(Ecology， Agriculture， Health) biomolecules labeled with photon-upconversion nanoparticles by laser-induced breakdownspectroscopy.ESAS-CSSC 2022 BOOK OF ABSTRACTS. Brno： Spektroskopicka spoleenost Jana MarkaMarci ， 2022. p.154-154.ISBN：978-80-88195-41-2. 3. Katef i na Kiss ， Anna Sindelafova， Lukas Krbal， Václav Stejskal ， Kr i styn a Mrázová， Jakub Vrabel ， Milan Kaska，Pavlina Modlitbova， Pavel Porizka， Jozef Kaiserd， J. Anal . At. Spectrom.， 2021，36，909-916