应用推荐丨显微拉曼光谱仪在保护肾脏健康中的应用

2023-12-01 20:17:19 奥谱天成（厦门）光电有限公司

引言

尿液结石肾脏疾病是一个全球化的问题，结晶是泌尿系统结石和肾损伤的重要诊断指标之一。泌尿系结石病因复杂，与代谢异常有明显关系。通过泌尿系统结石成分分析，可了解代谢危险因素，对于分析结石的成因、预防结石的形成和复发均起到了重要的作用。因此，本测试研究基于拉曼光谱技术对尿液结晶的鉴别及分析，用于泌尿系统结石及肾脏损伤的诊断。尿液结石肾脏疾病即使同一省份不同地区也存在差异，对地区性的泌尿系结石患者的性别、年龄、种族、遗传等不可变因素的研究，可以为当地泌尿系结石的筛查和早期干预治疗提供有效的依据；对地区性的泌尿系结石患者的环境因素和饮食习惯等可变因素的研究，可以为泌尿系结石复发的预防措施和当地的健康指南提供理论依据。

1. 背景介绍

泌尿系统结石在我国发病率为1%~5%，近年来，泌尿系统结石从基础研究到临床治疗都取得了巨大进步，不同的尿液结晶在临床诊断上有不同的意义，以往的尿液结晶检测主要借助化学试剂和显微镜观察进行鉴别，这种方法耗费人力、物力，且无法良好的保护样本。而随着拉曼光谱技术的快速发展，可以对尿液结晶进行快速的鉴别和分型。

手术取出来的结石：

2. 仪器介绍

奥谱天成作为国产拉曼的引领者，自主研发的ATR8300系列将显微镜和拉曼光谱仪两者的优点结合。显微拉曼检测平台使得“所见即所测”成为可能，观测者可以检测样品上不同表面状态的拉曼信号，并可在计算机上同步显示所检测位置的微区形态，极大便利了拉曼微区检测。

ATR8300配备专门为拉曼系统设计的物镜，使得激光光斑接近衍射极限，再通过300万相机将焦点信息准确直观的显示在电脑上，克服了普通的拉曼系统收集拉曼信号的焦面稍高于或稍低于实际最佳焦面的问题，从而提高拉曼光谱质量。

ATR8300无光路切换运动部件，所有光学部件均固态装配，工作非常稳定，完美地解决了相机成像时光路的损失，实现了相机成像与拉曼信号收集的分离，从而得到最佳的信号强度。

运用拉曼光谱一种反映分子振动和分子转动的光谱,实质上是一种特征频移即由分子和光子互相作用生成表征分子振动或转动能级差。拉曼频移通过拉曼光谱，在物质的分子层面对其进行结构分析和性质检测，根据拉曼光谱判断出分子的结构和化学性质，得到具体的分子类别或成分，从而对尿液结晶进行快速的鉴别和分析。

图3-ATR8300实体图

3测试结果

A：显微结石图片1 B：显微结石图片2

ATR8300-1064测试结果谱图

图1

图2

物质	拉曼频率/cm-1
鸟粪石	965、566
碳酸磷灰石	970、1078
草酸钙石	1474、910、597、1480、920、513、1467、1490、1630、895、951

4.结论

参照前人对泌尿系结石的拉曼光谱研究结果，草酸钙石的振动模式较磷酸盐复杂，包含多个强特征峰，拉曼谱图上不同振动模式的频率主要位于400~1800cm-1区间，包括羧酸根基团频率位于1400~1550cm-1区间的对称伸缩振动模式和位于 1550~1700cm-1区间的不对称伸缩振动模式，以及位于850~ 950cm-1区间的C-C对称伸缩振动模式和位于450~550cm-1区间的归属于O-C-O平面弯曲振动模式β( O-C-O)。此外，草酸钙石因结晶水含量不同会产生分子结构偏差，进而导致其拉曼特征光谱出现差异。泌尿系结石中的常见组分一水草酸钙石和二水草酸钙石的拉曼光谱存在明显区别。一水草酸钙在1467cm-1和1490cm-1处出现振动双峰、1629cm-1处出现以及895cm-1处出现(C-C)峰。

本测试研究显示感染性结石物质组成，主要成分为草酸钙石(一水草酸钙/二水草酸钙)，这表明感染性结石具有显著的非均一性，含有少量鸟粪石和碳磷灰石与结石成因、疾病成因有着极大的关联。获得了结石中矿物的种类和形态特征，结合结晶学和矿物学理论，初步查明结石矿物的形成过程受人体液环境体系和晶体习性共同约束的机制。完全有助于了解结石的形成环境以及探究结石的成因。