應(yīng)用LIBS元素分析成像技術(shù)對蛇畸形性骨炎的研究
大量元素和微量元素的分布成像數(shù)據(jù)，可為人類和動物健康、病毒和病理、古生物學(xué)研究提供非常關(guān)鍵的信息。但是傳統(tǒng)分析方法例如ICP-MS等，局限于只能得到樣品整體的總元素信息，而非成像分布。
LIBS技術(shù)則突破了這一局限，能夠?qū)悠繁砻嬖剡M行定性定量的高分辨率甚至微分辨率成像研究; 并且能夠?qū)Πㄝp元素在內(nèi)的全元素同時進行快速、實時分析，無須預(yù)處理、實驗成本低，從而“掀起了化學(xué)分析方法的革命”。
蛇畸形性骨炎的病因尚無定論，但很多學(xué)者認(rèn)為有可能由于骨質(zhì)代謝異常，但最大可能是：多瘤病毒感染--病毒的宿主是某種嚙齒類動物，蛇被它攻擊時受到感染而發(fā)病。
在本文研究中，Lightigo團隊?wèi)?yīng)用LIBS技術(shù)，分別對健康和病變的近代蛇脊椎骨及蛇脊椎骨化石進行元素分布成像分析，判斷近代蛇和蛇化石中畸形性骨炎的進展階段，進行相應(yīng)的病毒病理學(xué)分析，試圖找到真正的病因，進而將研究結(jié)果應(yīng)用于骨學(xué)和人類學(xué)的各個分支領(lǐng)域---這是由骨學(xué)角度研究當(dāng)代樣品難以完成的任務(wù)。而此前，對于該病的病程和病理鮮見記錄。
研究介紹：
1. 樣品總體含量分析：
為了鎖定患病蛇脊椎骨和健康蛇脊椎骨的差異元素，首先用ICP-MS對健康現(xiàn)代蛇骨、患病現(xiàn)代蛇骨、健康蛇骨化石、患病蛇骨化石4組消解樣品進行總體元素含量分析。發(fā)現(xiàn)：
為了確認(rèn)或者排除這些可能性，需要用LIBS技術(shù)做元素分布成像進一步檢驗。
2. LIBS 元素分布成像分析：
2.1 化石樣品組：LIBS元素分布成像結(jié)果可以非常明顯的看到，微量元素Al、Fe、Si 局限于脊椎骨的空隙、特別是中央孔洞位置，并未參與病變骨骼組織構(gòu)成。因此該差異原因很可能是：化石樣品被掩埋時環(huán)境很不穩(wěn)定，F(xiàn)e-、Al- 飽和溶液進入脊椎骨孔隙而發(fā)生成巖浸滲作用所致------病變骨骼具有更多孔隙，而與病理并無關(guān)聯(lián)。近代病變的多孔骨組織中，F(xiàn)e、Al元素含量很低，同樣與資料可查的環(huán)境變化相一致。
以下圖Al元素分布成像為例 (黑色橫條長度為1mm)
健康樣品和病變樣品中，都可見Ca和P含量較高并且接近，主要分布在中心和神經(jīng)弓位置附近；Ca/P較現(xiàn)代組略低，原因或許是樣品處于不同的生命狀態(tài)。而病變骨樣品中，Ca、P元素分布集中、同時濃度升高；發(fā)病最早期P濃度下降比Ca慢，Ca/P值降低可作為病程判斷的依據(jù)。
下圖為化石樣品組：健康蛇脊椎骨切面(a)和骨炎蛇脊椎骨切面(b)的Ca和P元素分布成像圖。（黑色橫條長度為1mm）
2.2現(xiàn)代樣品組：Ca和P分布成像與化石組相似。但個別位置Ca/P異常增高，結(jié)合以往研究，可以認(rèn)為是分解的病變骨組織中的Ca元素遷移至其它健康和病變骨組織，指示著病情進一步發(fā)展。
下圖為現(xiàn)代樣品組：健康蛇脊椎骨切面(a)和骨炎蛇脊椎骨切面(b)的Ca和P元素分布成像圖。（黑色橫條長度為1mm）
通過LIBS技術(shù)對蛇骨橫切面元素分布的研究，可以得到元素分布變化與蛇畸形性骨炎病程發(fā)展的對應(yīng)關(guān)系，從而用于確定化石中的蛇骨是否染病、以及處于病程的哪一階段。突破了樣品整體元素分析的傳統(tǒng)方法的研究局限。
本案例文獻：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
北京易科泰生態(tài)技術(shù)有限公司是由科學(xué)家創(chuàng)建并為科學(xué)家提供頂尖科技服務(wù)的高新技術(shù)企業(yè)，是lightigo公司在中國的獨家代理和技術(shù)咨詢服務(wù)中心。
關(guān)于Lightigo：
Lightigo核心成員均為爾諾科技大學(xué)激光光譜與化學(xué)分析實驗室的科研人員，該實驗室具有20余年的LIBS經(jīng)驗。Lightigo是CEITEC創(chuàng)辦的唯一公司，他們同時也是歐洲工程技術(shù)中心（CEITEC）的科研人員。
Lightigo的研發(fā)使命是：“構(gòu)建生命科學(xué)和Libs技術(shù)之間的橋梁；研發(fā)最先進的儀器；提供專業(yè)的元素分析服務(wù)。”自1999年至今已有大量文獻發(fā)表。
Lightigo 團隊部分文獻名錄：http://www.eco-tech.com.cn/portal/article/index/id/682.html
他們是在LIBS技術(shù)前沿探索的科學(xué)家，同時對生物領(lǐng)域，包括醫(yī)學(xué)和動物學(xué)領(lǐng)域元素分析具有著豐富的研究經(jīng)驗，因此能夠為您提供超越“優(yōu)秀工程師”的服務(wù)。同時，做為Lightigo的擁有者、產(chǎn)品的研發(fā)者、在布爾諾科技大學(xué)、CEITEC的長期任職者，他們會穩(wěn)穩(wěn)的承擔(dān)著產(chǎn)品背后的長久支持。
2019年9月，世界LIBS大會在捷克布爾諾市召開。Lightigo所依托的布爾諾科技大學(xué)和CEITEC作為LIBS領(lǐng)域最有影響力的機構(gòu)之一，成為會議的主辦方。Lightigo的CEO Jozef Kaiser教授任會議主席
LIBS技術(shù)則突破了這一局限，能夠?qū)悠繁砻嬖剡M行定性定量的高分辨率甚至微分辨率成像研究; 并且能夠?qū)Πㄝp元素在內(nèi)的全元素同時進行快速、實時分析，無須預(yù)處理、實驗成本低，從而“掀起了化學(xué)分析方法的革命”。
蛇畸形性骨炎的病因尚無定論，但很多學(xué)者認(rèn)為有可能由于骨質(zhì)代謝異常，但最大可能是：多瘤病毒感染--病毒的宿主是某種嚙齒類動物，蛇被它攻擊時受到感染而發(fā)病。
在本文研究中，Lightigo團隊?wèi)?yīng)用LIBS技術(shù)，分別對健康和病變的近代蛇脊椎骨及蛇脊椎骨化石進行元素分布成像分析，判斷近代蛇和蛇化石中畸形性骨炎的進展階段，進行相應(yīng)的病毒病理學(xué)分析，試圖找到真正的病因，進而將研究結(jié)果應(yīng)用于骨學(xué)和人類學(xué)的各個分支領(lǐng)域---這是由骨學(xué)角度研究當(dāng)代樣品難以完成的任務(wù)。而此前，對于該病的病程和病理鮮見記錄。
研究介紹：
1. 樣品總體含量分析：
為了鎖定患病蛇脊椎骨和健康蛇脊椎骨的差異元素，首先用ICP-MS對健康現(xiàn)代蛇骨、患病現(xiàn)代蛇骨、健康蛇骨化石、患病蛇骨化石4組消解樣品進行總體元素含量分析。發(fā)現(xiàn)：
- 無論是現(xiàn)代蛇骨還是化石蛇骨，健康與患病樣品中的Na元素都差異顯著，可以確定Na元素能夠作為病情進展的指標(biāo)。
- 化石蛇骨的健康樣品和患病樣品的結(jié)果對比中，Al、Fe、Si元素含量差異顯著：骨骼中微量元素的含量差異很可能是不同疾病的重要指標(biāo)，但對于化石樣品，它們的出現(xiàn)的原因是否有可能是微量元素由于成巖浸滲作用而被置換？
- Ca和P元素在各個樣品中的總含量都無明顯差異，那么其局部含量是否存在差異？
為了確認(rèn)或者排除這些可能性，需要用LIBS技術(shù)做元素分布成像進一步檢驗。
2. LIBS 元素分布成像分析：
2.1 化石樣品組：LIBS元素分布成像結(jié)果可以非常明顯的看到，微量元素Al、Fe、Si 局限于脊椎骨的空隙、特別是中央孔洞位置，并未參與病變骨骼組織構(gòu)成。因此該差異原因很可能是：化石樣品被掩埋時環(huán)境很不穩(wěn)定，F(xiàn)e-、Al- 飽和溶液進入脊椎骨孔隙而發(fā)生成巖浸滲作用所致------病變骨骼具有更多孔隙，而與病理并無關(guān)聯(lián)。近代病變的多孔骨組織中，F(xiàn)e、Al元素含量很低，同樣與資料可查的環(huán)境變化相一致。
以下圖Al元素分布成像為例 (黑色橫條長度為1mm)
健康樣品和病變樣品中，都可見Ca和P含量較高并且接近，主要分布在中心和神經(jīng)弓位置附近；Ca/P較現(xiàn)代組略低，原因或許是樣品處于不同的生命狀態(tài)。而病變骨樣品中，Ca、P元素分布集中、同時濃度升高；發(fā)病最早期P濃度下降比Ca慢，Ca/P值降低可作為病程判斷的依據(jù)。
下圖為化石樣品組：健康蛇脊椎骨切面(a)和骨炎蛇脊椎骨切面(b)的Ca和P元素分布成像圖。（黑色橫條長度為1mm）
2.2現(xiàn)代樣品組：Ca和P分布成像與化石組相似。但個別位置Ca/P異常增高，結(jié)合以往研究，可以認(rèn)為是分解的病變骨組織中的Ca元素遷移至其它健康和病變骨組織，指示著病情進一步發(fā)展。
下圖為現(xiàn)代樣品組：健康蛇脊椎骨切面(a)和骨炎蛇脊椎骨切面(b)的Ca和P元素分布成像圖。（黑色橫條長度為1mm）
通過LIBS技術(shù)對蛇骨橫切面元素分布的研究，可以得到元素分布變化與蛇畸形性骨炎病程發(fā)展的對應(yīng)關(guān)系，從而用于確定化石中的蛇骨是否染病、以及處于病程的哪一階段。突破了樣品整體元素分析的傳統(tǒng)方法的研究局限。
本案例文獻：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
北京易科泰生態(tài)技術(shù)有限公司是由科學(xué)家創(chuàng)建并為科學(xué)家提供頂尖科技服務(wù)的高新技術(shù)企業(yè)，是lightigo公司在中國的獨家代理和技術(shù)咨詢服務(wù)中心。
關(guān)于Lightigo：
Lightigo核心成員均為爾諾科技大學(xué)激光光譜與化學(xué)分析實驗室的科研人員，該實驗室具有20余年的LIBS經(jīng)驗。Lightigo是CEITEC創(chuàng)辦的唯一公司，他們同時也是歐洲工程技術(shù)中心（CEITEC）的科研人員。
Lightigo的研發(fā)使命是：“構(gòu)建生命科學(xué)和Libs技術(shù)之間的橋梁；研發(fā)最先進的儀器；提供專業(yè)的元素分析服務(wù)。”自1999年至今已有大量文獻發(fā)表。
Lightigo 團隊部分文獻名錄：http://www.eco-tech.com.cn/portal/article/index/id/682.html
他們是在LIBS技術(shù)前沿探索的科學(xué)家，同時對生物領(lǐng)域，包括醫(yī)學(xué)和動物學(xué)領(lǐng)域元素分析具有著豐富的研究經(jīng)驗，因此能夠為您提供超越“優(yōu)秀工程師”的服務(wù)。同時，做為Lightigo的擁有者、產(chǎn)品的研發(fā)者、在布爾諾科技大學(xué)、CEITEC的長期任職者，他們會穩(wěn)穩(wěn)的承擔(dān)著產(chǎn)品背后的長久支持。
2019年9月，世界LIBS大會在捷克布爾諾市召開。Lightigo所依托的布爾諾科技大學(xué)和CEITEC作為LIBS領(lǐng)域最有影響力的機構(gòu)之一，成為會議的主辦方。Lightigo的CEO Jozef Kaiser教授任會議主席
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