생물 의학에서 LIBS (LASER-INDUCED BREAKDOWN SPECTROSCOPY)의 응용 분야

Laser-Induced Breakdown Spectroscopy의 원리

레이저 유도 플라즈마 분광법 (LIBS)은 생물 의학에서 커다란 잠재력을 가지고 있습니다. 이 기술은 레이저 펄스를 사용하여 이 기술은 레이저 펄스를 사용하여 샘플에 플라즈마 환경을 생성하여 거기에서 수집된 특성광을 통해 샘플의 원소 구조를 묘사합니다. LIBS는 건강한 조직과 암 조직을 구별하여 암을 진단하고, 조직에서 해당 약물의 요소과 특성을 찾아 체내 약물 분포를 연구하여 치료 반응을 모니터링합니다.비침습적 특성과 신속한 분석 기능으로 인해 LIBS는 미래에 의료 진단 및 치료의 귀중한 도구가 되었습니다.

LIBS의 주요 프로세스:

레이저 펄스로 시료에 조명: 고출력과 짧은 펄스 레이저 빔이 시료 표면에 초점을 맞춥니다.

플라즈마 분해: 레이저 펄스의 강렬한 에너지로 인해 재료가 빠르게 가열되고 이온화되어 플라즈마 기둥이라고 하는 이온화된 가스의 작고 뜨거우며 매우 국부적인 영역이 생성됩니다.

여기: 플라즈마 내부의 상승된 온도는 시료 물질의 원자에 있는 전자를 여기됩니다. 이러한 여기되 전자는 바닥 상태로 돌아갈 때 특정 파장 빛을 방출합니다.

방출 분석: 시료에 존재하는 원소의 특성인 이 방출된 빛은 분광기에 의해 수집되어 분석됩니다.

A diagram of a mesh

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그림 1. LIBS의 작동 원리 다이어그램. LB: 레이저 빔. S: 시료. H: 에너지 증착 영역. V: 휘발성 물질. P: 플라즈마. E: 원소의 특정 방출. CR: 구멍 PT: 입자.

그림 1은 LIBS의 원리를 작동 원리를 나타냅니다. 펄스 레이저 빔은 먼저 분석 재료의 표면에 초점을 맞춥니다 (1). 이런 강렬한 복사 에너지는 물질에 국부적으로 결합되어 (2), 증발시킵니다 (3). 휘발성 물질과 주변 가스 분위기가 결합되어 플라즈마를 형성합니다 (4). 이 플라즈마는 시료 내의 요소를 여기시켜 특징적인 방사선을 방출하도록 합니다 (5-7). 이 방출된 방사선을 분광기로 분석합니다. 특히, 고체 시료의 경우 상호 작용 지점에 구멍이 형성됩니다 (8).

생물 의학에서 LIBS의 응용

LIBS는 고유한 기능 덕분에 생물 의학 분야에서 다양한 응용을 제공합니다.

비침습적 조직 및 생체 유체 분석: 기존 생검 절차와 달리 LIBS는 어떠한 피해도 일으키지 않고 조직 및 생체 유체를 분석할 수 있습니다. 이는 민감한 영역이나 반복적인 측정이 필요한 경우에 특히 유용합니다.

신속한 진단: LIBS는 빠른 분석 시간을 제공하여 더 빠른 진단을 가능하게 하고 적시에 치료 결정을 내릴 수 있도록 합니다. 이는 조기 개입해야 하는 상황에서 아주 중요합니다.

상세한 원소 검출: LIBS는 생체 분자의 필수 구성 요소인 탄소, 수소, 질소 및 산소와 같은 가벼운 원소를 포함한 광범위한 원소를 검출하는 데 탁월합니다. 이 포괄적인 분석은 생물학적 시료의 원소 구성에 대한 귀중한 통찰력을 제공합니다.

이러한 기능이 특정 생물 의학 응용 분야로 변환되는 방법은 다음과 같습니다.

암 진단: LIBS는 원소 구성의 변화를 기반으로 암 조직과 건강한 조직을 구별할 수 있는 가능성을 가지고 있습니다. 이는 잠재적으로 조기 암 발견에 도움이 될 수 있으며 진단 정확도를 향상시킬 수 있습니다.

치료 반응 모니터링: 치료 후 조직의 원소 구성 변화를 추적함으로써 LIBS는 암 치료의 효과를 모니터링하는 데 도움이 될 수 있으며 필요한 경우 조정할 수 있습니다.

약물 전달 연구: LIBS는 조직 내 약물 요소의 분포 및 국소화를 추적하는 데 사용할 수 있습니다. 이 정보는 약물 전달 전략을 최적화하고 표적 치료를 보장하는 데 중요합니다.

치과 응용 분야: 치아의 성분 구성을 분석하는 것은 치과 분야에서 중요합니다. LIBS는 칼슘과 같은 필수 미네랄의 결핍을 식별하고 치과 치료의 효과를 평가할 수 있습니다.

생리적 과정의 이해: LIBS는 혈액이나 타액과 같은 다양한 생체 유체의 원소 조성을 분석함으로써 생리적 과정과 잠재적인 질병에 대한 더 깊은 고찰할 수 있습니다.

결과