Регистрация / Вход
Прислать материал

Лазерная масс-спектрометрия биологических объектов при атмосферном давлении для выявления патологических изменений и лекарственного мониторинга биологических тканей.

Докладчик: Алимпиев Сергей Сергеевич

Должность: Заведующий лабораторией лазерной масс-спектрометрии ООО "НЭТ", Заведующий лабораторией лазерной масс спектрометрии биологических жидкостей ООО "НЭТ"

Цель проекта:
Разработка физико-технических основ нового метода масс-спектрометрического анализа биологических тканей, обладающего высоким пространственным разрешением и возможностью послойного анализа для обнаружения патологических участков ткани, включая диагностику онкологических поражений, определения пространственного распределения лекарственных и маркерных препаратов в тканях. Создание макета лазерного масс-спектрометра для анализа образцов биологических тканей при атмосферном давлении с ионизацией излучением лазерной плазмы и разработка методики его применения.

Основные планируемые результаты проекта:
Исследования по совершенствованию методов масс-спектрометрического анализа биологических объектов
ведутся многими ведущими лабораториями мира. Авторами проекта предложен свой подход, основанный на разделении процессов
испарения пробы и ионизации продуктов испарения. При этом в качестве ионизатора предложено
использовать излучение лазерной плазмы, формирующейся на специальной мишени вне зоны испарения
образца. На предложенный способ анализа была подана заявка на получение патента РФ на изобретение №
2012139218 «Способ анализа химического состава материалов» от 13.09.2012. Предложенный способ
анализа получил название APLPI (Atmospheric Pressure Laser Plasma Ionization), а первые проведенные
эксперименты, выполненные на модельных образцах, показали исключительно высокую эффективность
ионизации предлагаемого метода и, кроме того, возможность анализа образцов в состоянии как они есть
при атмосферном давлении с пространственным разрешением на уровне 30 мкм.
В результате выполнения проекта будут разработаны физико-технические основы нового метода масс-
спектрометрического анализа биологических тканей и создан макетный образец прибора для анализа
биологических тканей в состоянии «как они есть» при атмосферном давлении, получения масс-
спектрометрических изображений, как плоских, так и объемных, для обнаружения патологических
участков ткани, включая диагностику онкологических поражений, определения пространственного
распределения лекарственных и маркерных препаратов в тканях.
В ходе выполнения проекта будут разработаны:
- Технология лазерного испарения анализируемых образцов тканей и транспортировки нейтральных
продуктов испарения в зону ионизации.
- Методика моделирования и математическая модель процессов транспортировки ионов из области
ионизации при атмосферном давлении в масс-анализатор.
- Эскизная конструкторская документация на ионный источник, разработанный по результатам
математического моделирования процессов транспортировки ионов и экспериментального исследования
процессов ионизации.
- Макет лазерного масс-спектрометра с разработанным ионным источником для анализа образцов
биологических тканей при атмосферном давлении.
- Методика применения созданного макета лазерного масс-спектрометра для анализа образцов
биологических тканей.
- Рекомендации по использованию результатов проведенных ПНИ в реальном секторе экономики.

Назначение и область применения, эффекты от внедрения результатов проекта:
Разрабатываемые научно-технологические подходы могут быть применены для решения задач
фармакинетики, таких, как идентификация малых количеств лекарственных препаратов в биологических
тканях, для изучения концентрирования фармацевтических препаратов в тканях и органах.
Применение разрабатываемых подходов в решении гистологических задач позволит проводить
идентификацию типа ткани, изучение пространственного распределения веществ в тканях для выявления
признаков различных патологий, в том числе, онкологических поражений.
Возможность анализа исследуемого объекта без его предварительной подготовки при атмосферном
давлении даст возможность проводить экспресс-анализ тканей непосредственно в области оперативного
вмешательства. Это даст хирургу возможность получить дополнительную информацию о состоянии ткани,
провести локализацию патологии даже в случае, если этого не удаётся сделать визуально. Более того,
разрабатываемые технологии позволят проводить анализ тканей при помощи малоинвазивной хирургии и
эндоскопии в тех случаях, где не требуется прямое хирургическое вмешательство или для задач
диагностики внутренних органов.
Приборы на основе разрабатываемых научно-технических принципов могут быть установлены в
клинических, клинико-диагностических медицинских учреждениях, научно-исследовательских
учреждениях, ориентированных на биологические и биомедицинские исследования, экспресс-
лабораториях для проведения анализов.
Кроме того, технология может быть применена для экспресс-анализа пищевых продуктов, определения
фальсификатов или присутствия вредных веществ, для решения задач микробиологии, идентификации и
изучения бактериологических штаммов. Возможны применения в допинг-контроле, токсикологии,
экологии и криминалистике.

Текущие результаты проекта:
Проведены патентные исследования в соответствии с ГОСТ 15.011-96, показавшие патентную частоту предлагаемых решений.

Выполнен аналитический обзор научных и информационных источников, затрагивающих проблему масс-спектрометрического анализа биологических тканей при атмосферном давлении.

Разработана математическая модель и исследованы процессы транспортировки ионов из области ионизации при атмосферном
давлении в масс-анализатор с учетом электрических полей и газодинамических явлений. Определена оптимальная конфигурация электродов ионно-оптического газодинамического тракта макета ионного источника на основе
лазерной плазмы.

Проведено обоснование выбора режимов лазерного испарения биологических тканей для масс-спектрометрического анализа.

За счет внебюджетных средств разработан пакет конструкторской документации на стенд для экспериментальных исследований макета
ионного источника и проводятся работы по его изготовления.