Сборник посвящён развитию и применению методов диодной лазерной спектроскопии для целей биомедицинской диагностики, основанной на высокочувствительном спектральном анализе газообразных молекул-биомаркеров. Проведён анализ основных спектральных и аналитических характеристик перестраиваемых диодных лазеров и объектов исследования — диагностически-значимых газообразных молекул, продуцируемых в организме. Описаны лазерные методы и системы, предназначенные для высокочувствительного и селективного анализа следов СО, NO, NH₃ и СН₄, а также для высокоточного определения относительного содержания стабильных изотопов в выдыхаемом воздухе. Представлены результаты лабораторных и клинических исследований, иллюстрирующие возможности и перспективы применения развиваемого аналитического подхода в неинвазивной диагностике различных заболеваний.

Для широкого круга специалистов в области лазерной спектроскопии и её применений в исследованиях молекул, высокочувствительном газовом анализе и биомедицинской диагностике, а также студентов и аспирантов соответствующих специальностей.

The proceedings are concerned with the research and development of tunable diode laser spectroscopy techniques intended for applications to biomedical diagnostics based on high sensitive spectral gas analysis of molecules that could be used as biomarkers. An analysis of main spectroscopic and analytical properties of tunable diode lasers and analytical systems on this basis is carried out, spectral features of gaseous molecules producing in living organisms and having a diagnostic importance are considered. Laser-based methods and systems intended for high sensitive and selective trace analysis of CO, NO, NH₃ and CH₄ in exhaled air, as well as for precise measurements of the relative content of stable isotope species are described. The results of the laboratory and clinical studies illustrating the opportunities and application potential of the developed analytical approach to noninvasive disease diagnostics are presented.

The proceedings are intended for experts in the field of laser spectroscopy and it's applications to high resolution molecular spectroscopy, high sensitive gas analysis and biomedical diagnostics, as well as for students and post graduate students involved in the corresponding fields.

…Предлагаемый сборник посвящён новому диагностическому направлению использования лазеров в биомедицине, которое связано с высокочувствительным спектральным анализом газообразных молекул-биомаркеров в процессах газообмена живых организмов с окружающей средой, в частности при респираторном дыхании. Фундаментальная основа этого диагностического подхода состоит в том, что в воздухе, выдыхаемом человеком, помимо N₂, O₂, СО₂ и Н₂О содержатся следы ещё около 600 летучих соединений, образуемых в организме. Продукция каждого такого вещества обусловлена течением определённых биохимических реакций в живом организме, что позволяет использовать некоторые молекулы, имеющие высокую специфичность образования, в качестве биомаркеров. Привлекательной стороной диагностики, основанной на высокочувствительном анализе химического состава выдыхаемого воздуха, является возможность исследовать процессы, происходящие в живом организме без вторжения в него, т.е. неинвазивно, в реальном времени.

Детектирование следов газообразных молекул в выдыхаемом воздухе относится к числу наиболее сложных задач газового анализа, что связано с очень низкими концентрациями исследуемых соединений (0.1 млрд^-1 — 1 млн^-1) и, напротив, высоким содержанием газов, мешающих анализу (СО₂ и Н₂О). Используемые для этих целей инструментальные подходы должны обеспечивать возможность прямого анализа в режиме реального времени без предварительного концентрирования или обогащения проб выдыхаемого воздуха и в то же время обладать высокой селективностью измерений относительно доминирующих в анализируемой пробе газовых компонент. Используемый для анализа физический принцип должен быть универсален и применим для детектирования различных молекулярных соединений.

Одним из наиболее мощных современных методов газового анализа является диодная лазерная спектроскопия (ДЛС), использование которой для решения различных задач высокочувствительного спектрального анализа молекул-биомаркеров объединяет работы данного сборника. Уникальные диагностические возможности ДЛС обусловлены редким сочетанием спектральных свойств перестраиваемых диодных лазеров (ПДЛ), которые обладают узкой линией и широкодиапазонной перестройкой частоты генерации. Низкий уровень амплитудных и частотных шумов ПДЛ позволяет регистрировать резонансное молекулярное поглощение с чувствительностью к изменению оптической плотности вплоть до 10^-7 и спектральным разрешением ~ 3·10^-4 см^-1. Электронное управление параметрами излучения ПДЛ даёт возможность достаточно легко автоматизировать системы на основе таких лазеров и обеспечивает высокие скорости управления частотой их излучения…

Предисловие

Книги на ту же тему

1. Эмиссионный спектральный анализ объектов биосферы, Карякин А. В., Грибовская И. Ф., 1979
2. Физическая биохимия: Применение физико-химических методов в биохимии и молекулярной биологии, Фрайфелдер Д., 1980
3. Действие лазерного излучения на полимерные материалы: Научные основы и прикладные задачи. в 2-х книгах (комплект из 2 книг), Виноградов Б. А., Перепёлкин К. Е., Мещерякова Г. П., 2006
4. Современные лазерно-информационные технологии, Панченко В. Я., Лебедев Ф. В., ред., 2014
5. Лазерно-искровая эмиссионная спектроскопия, Кремерс Д., Радзиемски Л., 2009
6. Биокерамика на основе фосфатов кальция, Баринов С. М., Комлев В. С., 2005
7. Математические методы в медицине, Беллман Р., 1987