應用(yong)LIBS元素分(fen)析(xi)成像(xiang)技(ji)術(shu)對蛇畸形(xing)性(xing)骨炎(yan)的(de)研究(jiu)

大量元素和(he)微(wei)量元素的(de)分布成像(xiang)數(shu)據，可為人類(lei)和(he)動物(wu)健康、病毒(du)和(he)病理(li)、古(gu)生(sheng)物(wu)學研究(jiu)提(ti)供(gong)非常(chang)關鍵的(de)信息(xi)。但是(shi)傳統分(fen)析方法(fa)例(li)如ICP-MS等(deng)，局(ju)限(xian)於(yu)只能得到樣(yang)品整體(ti)的(de)總元素信息(xi)，而非成像(xiang)分(fen)布。

LIBS技(ji)術(shu)則突(tu)破(po)了(le)這壹局限，能夠(gou)對樣(yang)品表(biao)面(mian)元素進(jin)行定(ding)性定量的(de)高(gao)分(fen)辨(bian)率(lv)甚至(zhi)微(wei)分(fen)辨率(lv)成像(xiang)研(yan)究; 並(bing)且能(neng)夠(gou)對包括輕(qing)元素在內(nei)的(de)全元素同時(shi)進(jin)行快(kuai)速(su)、實(shi)時(shi)分(fen)析(xi)，無須(xu)預(yu)處理(li)、實(shi)驗成本(ben)低(di)，從(cong)而(er)“掀(xian)起了(le)化學分析(xi)方(fang)法的(de)革命(ming)”。

蛇畸形(xing)性(xing)骨炎(yan)的(de)病因尚無定論(lun)，但很(hen)多(duo)學者(zhe)認為有可能(neng)由於(yu)骨(gu)質(zhi)代(dai)謝(xie)異常(chang)，但大(da)可(ke)能是(shi)：多瘤病毒(du)感(gan)染(ran)--病毒(du)的(de)宿主(zhu)是(shi)某(mou)種(zhong)嚙(nie)齒類(lei)動(dong)物(wu)，蛇被(bei)它(ta)攻(gong)擊時(shi)受到(dao)感(gan)染(ran)而發病。

在本(ben)文(wen)研究(jiu)中(zhong)，Lightigo團隊(dui)應(ying)用(yong)LIBS技(ji)術(shu)，分別對健(jian)康和(he)病變(bian)的(de)近(jin)代(dai)蛇脊椎骨及蛇(she)脊椎骨化石(shi)進(jin)行元素分(fen)布成像(xiang)分(fen)析，判(pan)斷(duan)近(jin)代(dai)蛇和蛇(she)化石(shi)中(zhong)畸形(xing)性(xing)骨炎(yan)的(de)進(jin)展階(jie)段，進(jin)行相應(ying)的(de)病毒(du)病理(li)學分析(xi)，試(shi)圖找到真(zhen)正的(de)病因，進(jin)而將(jiang)研究(jiu)結(jie)果(guo)應(ying)用(yong)於(yu)骨(gu)學和人類(lei)學的(de)各個(ge)分(fen)支(zhi)領(ling)域(yu)---這(zhe)是(shi)由骨學角(jiao)度研(yan)究(jiu)當代(dai)樣(yang)品難以完成的(de)任(ren)務。而(er)此(ci)前(qian)，對(dui)於(yu)該(gai)病的(de)病程(cheng)和(he)病理(li)鮮(xian)見記錄(lu)。

研究介紹(shao)：

1. 樣(yang)品總體含量分析：

   為(wei)了(le)鎖定患病蛇(she)脊椎骨和健(jian)康蛇(she)脊椎骨的(de)差(cha)異元素，首先用(yong)ICP-MS對(dui)健康現(xian)代(dai)蛇骨、患病現(xian)代(dai)蛇骨、健(jian)康蛇(she)骨化石(shi)、患病蛇(she)骨(gu)化石(shi)4組(zu)消解樣(yang)品進(jin)行總體元素含量分析。發現(xian)：

• 無論(lun)是(shi)現代(dai)蛇骨還(hai)是(shi)化石(shi)蛇(she)骨，健(jian)康與(yu)患病樣(yang)品中(zhong)的(de)Na元素都(dou)差(cha)異顯(xian)著，可以確定(ding)Na元素能(neng)夠(gou)作為(wei)病情(qing)進(jin)展的(de)指標(biao)。
• 化石(shi)蛇(she)骨的(de)健康樣(yang)品和患病樣(yang)品的(de)結(jie)果(guo)對(dui)比(bi)中(zhong)，Al、Fe、Si元素含量差(cha)異顯(xian)著：骨骼(ge)中(zhong)微(wei)量元素的(de)含量差(cha)異很(hen)可能(neng)是(shi)不同疾(ji)病的(de)重(zhong)要(yao)指標，但對(dui)於(yu)化(hua)石(shi)樣(yang)品，它們(men)的(de)出(chu)現(xian)的(de)原因是(shi)否有可(ke)能是(shi)微(wei)量元素由(you)於(yu)成巖(yan)浸(jin)滲(shen)作用(yong)而(er)被(bei)置(zhi)換(huan)？
• Ca和P元素在各個(ge)樣(yang)品中(zhong)的(de)總含量都無明顯(xian)差(cha)異，那(na)麽其局(ju)部含量是(shi)否存在差(cha)異？

  為(wei)了(le)確認或者(zhe)排(pai)除這(zhe)些(xie)可能(neng)性，需要用(yong)LIBS技(ji)術(shu)做元素分(fen)布成像(xiang)進(jin)壹步(bu)檢驗。

  2. LIBS 元素分(fen)布成像(xiang)分(fen)析：

2.1 化石(shi)樣(yang)品組：LIBS元素分(fen)布成像(xiang)結(jie)果(guo)可(ke)以非常(chang)明顯(xian)的(de)看到(dao)，微(wei)量元素Al、Fe、Si 局(ju)限(xian)於(yu)脊椎骨的(de)空隙、特別(bie)是(shi)中(zhong)央孔洞(dong)位(wei)置(zhi)，並(bing)未參與(yu)病變(bian)骨(gu)骼(ge)組(zu)織(zhi)構成。因此(ci)該(gai)差(cha)異原(yuan)因很可(ke)能(neng)是(shi)：化石(shi)樣(yang)品被(bei)掩埋時(shi)環(huan)境很不(bu)穩(wen)定，Fe^-、Al^- 飽和溶(rong)液(ye)進(jin)入脊椎骨孔隙而發(fa)生成巖(yan)浸(jin)滲(shen)作用(yong)所致------病變(bian)骨(gu)骼(ge)具有(you)更多孔隙，而與(yu)病理(li)並(bing)無關聯。近(jin)代(dai)病變(bian)的(de)多孔骨(gu)組織(zhi)中(zhong)，Fe、Al元素含量很低，同樣(yang)與(yu)資(zi)料(liao)可(ke)查(zha)的(de)環境變化(hua)相壹(yi)致。

以下(xia)圖Al元素分(fen)布成像(xiang)為(wei)例(li) (黑色(se)橫(heng)條(tiao)長(chang)度為(wei)1mm)

健(jian)康樣(yang)品和病變(bian)樣(yang)品中(zhong)，都可(ke)見Ca和P含量較(jiao)高(gao)並(bing)且接(jie)近(jin)，主(zhu)要(yao)分布在中(zhong)心(xin)和(he)神經弓(gong)位(wei)置(zhi)附(fu)近(jin)；Ca/P較(jiao)現(xian)代(dai)組略(lve)低，原因或許(xu)是(shi)樣(yang)品處於(yu)不(bu)同的(de)生命(ming)狀(zhuang)態(tai)。而病變(bian)骨(gu)樣(yang)品中(zhong)，Ca、P元素分(fen)布集(ji)中(zhong)、同時(shi)濃度升(sheng)高(gao)；發(fa)病早期(qi)P濃度下(xia)降比(bi)Ca慢，Ca/P值降低(di)可作為(wei)病程(cheng)判(pan)斷(duan)的(de)依據。

下(xia)圖為(wei)化石(shi)樣(yang)品組：健(jian)康蛇(she)脊椎骨切(qie)面(mian)(a)和骨(gu)炎(yan)蛇脊椎骨切(qie)面(mian)(b)的(de)Ca和P元素分(fen)布成像(xiang)圖(tu)。（黑色(se)橫(heng)條(tiao)長(chang)度為(wei)1mm）

  2.2現代(dai)樣(yang)品組：Ca和P分布成像(xiang)與(yu)化石(shi)組(zu)相似(si)。但個(ge)別(bie)位(wei)置(zhi)Ca/P異常(chang)增(zeng)高(gao)，結(jie)合以往研(yan)究(jiu)，可以認為是(shi)分解的(de)病變(bian)骨(gu)組織(zhi)中(zhong)的(de)Ca元素遷移至(zhi)其它(ta)健(jian)康和(he)病變(bian)骨(gu)組織(zhi)，指示著病情(qing)進(jin)壹步(bu)發展(zhan)。

下(xia)圖為(wei)現代(dai)樣(yang)品組：健(jian)康蛇(she)脊椎骨切(qie)面(mian)(a)和骨(gu)炎(yan)蛇脊椎骨切(qie)面(mian)(b)的(de)Ca和P元素分(fen)布成像(xiang)圖(tu)。（黑色(se)橫(heng)條(tiao)長(chang)度為(wei)1mm）

通(tong)過LIBS技(ji)術(shu)對蛇骨橫(heng)切(qie)面(mian)元素分(fen)布的(de)研究(jiu)，可以得到(dao)元素分(fen)布變(bian)化(hua)與蛇(she)畸形(xing)性(xing)骨炎(yan)病程(cheng)發(fa)展的(de)對應(ying)關系，從(cong)而(er)用於(yu)確(que)定(ding)化(hua)石(shi)中(zhong)的(de)蛇骨(gu)是(shi)否染(ran)病、以及處(chu)於(yu)病程(cheng)的(de)哪壹(yi)階(jie)段。突(tu)破(po)了(le)樣(yang)品整體(ti)元素分(fen)析(xi)的(de)傳統(tong)方法(fa)的(de)研究(jiu)局限(xian)。

案(an)例(li)文(wen)獻：Michaela Vasinova Galiova, Jozef Kaiser, Karel Novotný, et al.,Investigation of the osteitis deformans phases in snake vertebrae by double-pulse laser-induced breakdown spectroscopy,[J].Analytical and Bioanalytical Chemistry 398(2):1095-1107

北京(jing)易(yi)科泰生態(tai)技(ji)術(shu)有限公(gong)司(si)是(shi)由科學家創(chuang)建並(bing)為(wei)科學家提供(gong)科技(ji)服(fu)務的(de)技(ji)術(shu)企業，是(shi)lightigo公(gong)司(si)在中(zhong)國(guo)的(de)代(dai)理(li)和(he)技(ji)術(shu)咨詢(xun)服(fu)務中(zhong)心(xin)。

關於(yu)Lightigo：

Lightigo核(he)心(xin)成員(yuan)均為爾(er)諾(nuo)科技(ji)大(da)學激光(guang)光(guang)譜(pu)與化(hua)學分析(xi)實(shi)驗室(shi)的(de)科研人員，該(gai)實(shi)驗室(shi)具有(you)20余(yu)年的(de)LIBS經驗。Lightigo是(shi)CEITEC創(chuang)辦的(de)公(gong)司(si)，他(ta)們(men)同時(shi)也(ye)是(shi)歐洲工(gong)程(cheng)技(ji)術(shu)中(zhong)心(xin)（CEITEC）的(de)科研人員。

Lightigo的(de)研發(fa)使(shi)命是(shi)：“構建生(sheng)命(ming)科學和Libs技(ji)術(shu)之間的(de)橋(qiao)梁；研(yan)發(fa)先進(jin)的(de)儀(yi)器(qi)；提(ti)供(gong)專業的(de)元素分(fen)析(xi)服(fu)務。”自(zi)1999年(nian)至(zhi)今已(yi)有(you)大(da)量文(wen)獻發(fa)表(biao)。

他(ta)們(men)是(shi)在LIBS技(ji)術(shu)前(qian)沿(yan)探(tan)索(suo)的(de)科學家，同時(shi)對(dui)生(sheng)物(wu)領域(yu)，包(bao)括醫(yi)學和動(dong)物(wu)學領域(yu)元素分(fen)析(xi)具有(you)著豐富(fu)的(de)研究(jiu)經驗，因此(ci)能(neng)夠(gou)為您提供(gong)超越(yue)“優(you)佳工(gong)程(cheng)師(shi)”的(de)服(fu)務。同時(shi)，做(zuo)為(wei)Lightigo的(de)擁(yong)有者(zhe)、產(chan)品的(de)研發(fa)者(zhe)、在布爾(er)諾(nuo)科技(ji)大(da)學、CEITEC的(de)長期(qi)任(ren)職者(zhe)，他(ta)們(men)會穩(wen)穩(wen)的(de)承(cheng)擔(dan)著產(chan)品背(bei)後(hou)的(de)長久(jiu)支持。

2019年(nian)9月(yue)，世(shi)界(jie)LIBS大會在捷克布爾(er)諾(nuo)市召(zhao)開。Lightigo所依(yi)托的(de)布爾(er)諾(nuo)科技(ji)大(da)學和CEITEC作為(wei)LIBS領(ling)域(yu)非(fei)常(chang)有影(ying)響(xiang)力(li)的(de)機(ji)構之(zhi)壹，成為(wei)會議的(de)主辦(ban)方。Lightigo的(de)CEO Jozef Kaiser教授任(ren)會議主(zhu)席。