激光诱导击穿光谱在疾病诊断中的应用前景

张 琨， 徐宗伟*， 陈传松， 房丰洲

1. 天津大学， 精密测试技术及仪器国家重点实验室， 微纳制造实验室， 天津 300072 2. 山东师范大学物理与电子科学学院， 山东 济南 250014

引 言

人体由钙(Ca)、 钠(Na)、 镁(Mg)、 铁(Fe)、 铜(Cu)、 锌(Zn)等50多种元素组成。 化学元素在生物体细胞的生理稳态中起着核心作用， 其失调可能导致一定数量的病理变化。 例如， 金属元素及其化合物可诱导生物分子(如： 酶和DNA)构象的变化， 改变细胞的平衡， 造成细胞损伤。 细胞的损害会引发细胞代谢环境的理化性质和化学组成发生变化， 进而导致疾病的产生。 此外， 内部环境的严重失衡会使细胞程序性死亡或异常增殖， 致使肿瘤的形成。 因此， 生物体中化学元素的分布可作为疾病诊断的重要信息来源， 及时监测生物体中金属元素含量对维持机体平衡起着重要作用。 表1显示了部分金属元素在生物体生命活动中所起的重要作用。

表1 部分金属元素在生物体生命活动中所起的作用

激光诱导击穿光谱(laser induced breakdown spectroscopy， LIBS)技术是一种基于原子发射光谱且激光作为激发源的新兴物质元素分析技术， 脉冲激光经聚焦在靶材形成的等离子体衰减过程中发出的特定元素线通过光谱仪进行检测分析， 通过监视其位置和强度可定性和定量的分析靶材， 在元素检测和分析中具有独特优势[1]。 首先， 测量范围非常广泛， 可以直接检测固体、 液体和气体。 其次， 样品的制备和应用过程简便。 第三， 可以实现快速、 实时和长距离分析以及非接触式测量。……