Разработка безэталонного элементного анализа биологических проб при токсикологических испытаниях методом лазерной масс-спектрометрии с длиной волны = 532 НМ Макеев, Евгений Викторович

Введение к работе

1.1 Актуальность темы. Одной из актуальных проблем настоящего
времени в мире является защита населения от вредного воздействия веществ,
поступающих в организм через воздух, воду, продукты питания, а также
контактирующие материалы. Наряду с соединениями органического и
неорганического происхождения вредное влияние на организм оказывают
отдельные элементы, в основном, тяжелые металлы, превышение допустимых
норм которых вызывает рост различных заболеваний [Доценко В.А. и др., 1997;
Егорова Г.Л. и др., 1998; Zaleski М. Sue et. al., 1997; Gariboldi J.C. et. al., 1998 и
др.]. Применяемые в медицинской практике имплантируемые материалы из-за
своего длительного контакта с организмом также способны оказывать
токсическое влияіше. Поэтому до постановки на прошводство новых
материалов и изделий медицинского назначения в обязательном порядке
проводятся испытания с определением сшштарно-химических и
токсикологических показателей [Система разработки и постановки продуїацш на
производство. Медицинские изделия, Госстандарт РФ, 1994]. Важной частью
саіштарно-химических испытаний является количественное исследование
миграции различных микроэлементов в кровь и органы. Используемые в

медицине и биологии различные методы микроэлементного анализа
биологических проб: атомно-абсорбциошшй, эмиссионный,

спектрофотометрический, а также масс-спектрометрический метод с ионизацией в индуктивно связанной плазме требуют проведения трудоемких подготовительных операций, как правило предполагающих разрушение органической структуры биологической пробы пугем мокрого или сухого озоления. Количественная интерпретация результатов требует обязательного использования стандартных образцов, что в случае исследования многокомпонентных биологических объектов представляет серьезные трудности из-за отсутствия эталонов. Большинство методов позволяют проводить только

3.

поэлементный анализ и для получения данных по всем элементам с требуемо* чувствительностью необходимо сочетать несколько типов приборов. Cpeд^ существующих инструментальных методов только метод лазерной масс-спектрометрии (ЛМС) позволяет анализировать пробу одновремешш по веек составляющим элементам, не требует специальной подготовки образцов і обладает высокими аналитическими характеристиками при анализе металлов, геологических проб и т.п. [Быковский Ю.А., 1977-2000; Рамендик Г.И. , 1983-2000; и др.]. При исследовании биологических проб (БП) ЛМС методом характеристики анализа ухудшаются из-за плохого поглощения биологической матрицей традиционно используемого инфракрасного излучения - основной гармоники лазера на алюмо-ттриевом гранате (АИГ) с длиной волны ^=1064 им. Получаемые дашшіе не всегда отвечают требовашіям, предъявляемым к методу анализа при исследовании миграции микроэлементов в органы и ткаш; экспериментальных животных при токсикологических испытаниях.

Таким образом, существует объективная необходимость улучшения характеристик ЛМС анашпа примешггельио к биологическим пробам. Этогс можно добиться, используя более коротковолновое излучение - 2-ую гармоника лазера на АИГ с генерацией в видимой области спектра и длиной волны ~К_г = 532 им. Такая модернизация позволит использовать метод как один из инструментов для оценки вредного воздействия тех или иных препаратов и изделий медицинского назначения на организм при решении вопроса об их использовании.

1.2 Цель исследования. Разработка и внедрение высокочувствительного безэталонного элементного анализа биологических проб с помощью лазерной масс-спектрометрии и использованием излучения с длиной волны X = 532 нм, а тшоке изучение миграции микроэлементов из имплантируемого материала б ткани и органы экспериментальных животных.

4.

1.3 Задачи исследования.

1. разработать установку, позволяющую проводить безэталопиый
элементный анализ биологических проб методом ЛМС с длинами волн
Xi = 1064 нм и Х₂ = 532 им;

1. разработать методику приготовления эталона биологической пробы с введенными элементами для лазерного масс-спектрометрического анализа и провести проверку содержания этих элементов другими возможными инструментальными методами;

2. провести ЛМС анализ эталона БП с использоваїшем к\ и Х₂ для оценки коэффициентов относителыгой.чувствителыгости;

3. провести ЛМС анализ БП с использоваїшем лазерного излучения с длинами волн Х\ и Х₂ для определения характеристик взаимодействия излучешія с биологической пробой;

4. использовать метод ЛМС с 1₂ ⁼ 532 нм для изучения миграции элементов из имплшггата во внутренние органы экспериментальных животных в течение длительного срока и исследовать перераспределение макро- и микроэлементов в этих органах;

5. применить ЛМС анализ с Х₂ = 532 нм для изучения миграции элементов в органы животных при проведении токсикологических испытаний материалов и изделий медицинского назначения.

1.4 Научная новизна.

1. разработана установка, сочетающая в себе лазерный масс-спектрометр с двойной фокусировкой, лазер на АИГ с удвоенной частотой излучения и компьютерную систему обработки информации, которая позволяет проводить ЛМС анализ биологических проб с использованием излучения с к_г = 532 нм;

2. проведен высокочувствительный беззталонный лазерный масс-спектрометрический анализ биологических проб с использованием

5.

излучения с длиной волны \₂ ~ 532 нм на масс-анализаторе с двойной фокусировкой ЭМАЛ-2;

3. разработана методика приготовления биологического эталона с введенными добавками микроэлементов для количественного анализа БП с помощью ЛМС метода;

4. показано, что при плотности мощности q ~ 1-10^4-10⁸ Вт/см² точность безэталонного ЛМС анализа БП с помощью Х₂ = 532 нм повышается по сравнению с традиционно используемой длиной волны Я.) = 1064 в результате уменьшения в 2-8 раз количества 2-х, 3-х зарядных ионов;

5. увеличена чувствительность ЛМС анализа БП (относительная до 10"⁵ масс. %) благодаря использованию лазерного излучения с длиной волны А-2 = 532 нм;

6. проанализированы параметры мишени и лазерной плазмы при безэталонном ЛМС анализе БП и использовании Х\ - 1064 нм, Х_г ⁼ 532 нм;

7. разработана методика изучения миграции микроэлементов из имплантатов в ткани и внутренние органы экспериментальных животных посредством безэталонного количественного ЛМС анализа БП с использованием лазерного излучения с Хг~ 532 нм;

8. изучены пути миграции микроэлементов їй имплантата, изготовленного id никеля и никелевого сплава в ткани и органы экспериментальных животных в течение срока наблюдения от 2-х недель до 9-ти Месяцев;

1.5 Практическая значимость. Разработанная методика позволяет: 1. проводить безэталонный анализ любых биологических проб с относительной чувствительностью 10'⁵ масс. % без специальной подготовки проб (озоление, отделение мешающих элементов и др.), что приводит к значительному сокращению времени анализа, повышешпо его точности;

6.

2. исследовать миграцию микроэлементов из имплантата в ткани и внутренние органы экспериментальных животных с чувствительностью и точностью, достаточной для оценки их потенциального воздействия на организм; Результаты работы использованы при подготовке стандарта ГОСТ Р ИСО 10993.9-99 - «Основные принципы идентификации и количественного определения потенциальных продуктов деградации» Приложение В «Некоторые методы определения концентрации металлов и других элементов в медико-биологических пробах».

6. Апробация работы. Материалы диссертации доложены на научно-практических конференциях «Актуальные проблемы современной хирургии» г. Нальчик (июнь, 2000 г.); «Патофизиология и соврємеїпіая медицина» г. Москва (13-14 октября 2000 г.)

7. Публикации. По материалам диссертации опубликовано 5 научных работ.

8. Объем н структура работы. Диссертация изложена на 137 страницах машинописного текста (без приложений) и состоит из введения, 4-х глав,, заключения, библиографического списка использованной литературы (212 источшшов) и приложений. Текст иллюстрирован 13 рисунками и 17 таблицами.

9. Основные положения диссертации, выносимые па защиту.

1. методика безэталонного элементного ЛМС анализа биологических проб и определения миграции микроэлементов из имплантата в ткани и внутрешше органы экспериментальных животных с использованием лазерного излучения с длиной волны Хг ~ 532 нм;

7.

2. результаты шучения изменения элементного состава тканей и внутренних органов экспериментальных животных в процессе миграции в них никеля из нмплантата в течение срока наблюдения от 2-х недель до 9-ти месяцев.

Похожие диссертации на Разработка безэталонного элементного анализа биологических проб при токсикологических испытаниях методом лазерной масс-спектрометрии с длиной волны = 532 НМ

Разработка метода анализа процессов управления сердечным ритмом для компьютерных медицинских системРодина Наталья Ивановна

Исследование методов статистического анализа данных тональной аудиометрии и разработка на их основе системы диагностики нарушений слухаБондаренко, Роман Павлович

Разработка научных основ и практическая реализация биотехнических измерительно-вычислительных систем анализа газоразрядного свечения, индуцированного объектами биологической природыКоротков, Константин Георгиевич (1952-)

Разработка и внедрение в клиническую практику специализированного фотометра с набором реагентов для количественного анализа общего белка в моче Ким Юрий Вячеславович

Исследование и разработка теоретических основ безэталонного лазерного масс-спектрального метода микроанализа медико-биологических проб для решения медицинских задачБеняев, Негмат Ефремович

Разработка и исследование способа диагностики трансмиссионных подшипников ГТД на основе анализа проб частиц износа с масляного фильтраГайдай Максим Станиславович

Особенности распределения компонентов в наноразмерных структурах, выявленные методом вторично-ионной масс-спектрометрии Молоканов Олег Артемович

Совершенствование научно-методических основ проектирования и анализа разработки месторождений сернистого газа Люгай Дмитрий Владимирович

Теоретический анализ, разработка и исследование методов организации безопасных электронных платежей в сети Интернет Шелудько Виктория Михайловна

Анализ, разработка и реализация математических методов и алгоритмов выделения движения на последовательности изображенийАндрюшкин Александр Анатольевич