Τι είναι Φασματοσκοπία Ράμαν;
Ράμαν είναι μια μορφή, λεγόμενης, δονητικής φασματοσκοπίας. Η σκέδαση Ράμαν παρατηρείται όταν ένας, πολύ μικρός, αριθμός φωτονίων που προσπίπτουν σε ένα μόριο (περίπου 1 στα 10^7) σκεδάζονται ανελαστικά και χάνουν ή κερδίζουν ένα μικρό μέρος της ενέργειας τους. Ένα φάσμα Ράμαν είναι μια γραφική παράσταση της έντασης του σκεδασμένου φωτός ως προς τη διαφορά ενέργειας μεταξύ των προσπίπτοντων φωτονίων και των σκεδασμένων φωτονίων Ράμαν. Αυτή η ενεργειακή διαφορά είναι αποτέλεσμα της ενέργειας που απορροφάται ή αποδίδεται από επίπεδα δονητικής ενέργειας που είναι χαρακτηριστικά των χημικών δεσμών στα μόρια. Το φάσμα Ράμαν είναι, επομένως, αντιπροσωπευτικό των χημικών δεσμών των μορίων και περιέχει πληροφορίες σχετικά με τη χημική σύνθεση και τη μοριακή δομή μιας ουσίας.
Τι είναι Φασματοσκοπία Ράμαν Ενισχυμένη από Νανοεπιφάνειες (SERS);
Η Φασματοσκοπία Ράμαν Ενισχυμένη από Νανοεπιφάνειες (SERS) είναι μια παραλλαγή της τεχνικής Ράμαν που προσφέρει μεγάλη ενίσχυση του, συνήθως εξαιρετικά αδύναμου, σήματος Ράμαν (έως και 10^14). Η ενίσχυση είναι αποτέλεσμα του πλασμονικού συντονισμού, της ταλάντωσης των ηλεκτρονίων στην επιφάνεια μιας μεταλλικής νανοδομής ως αποτέλεσμα προσπίπτοντος φωτός στην κατάλληλη συχνότητα συντονισμού. Μόρια παρακείμενα σε αυτές τις δομές εκτίθενται σε ισχυρά πεδία που δημιουργούνται από αυτές τις ταλαντώσεις και παράγουν ένα ισχυρό σήμα Ράμαν. Η SERS είχε ποικίλες βιοαναλυτικές εφαρμογές τα τελευταία χρόνια, συμπεριλαμβανομένης της ανίχνευσης και ταυτοποίησης βακτηρίων.
Δείτε μια παρουσίαση Ράμαν εδώ (PDF) μια παρουσίαση SERS εδώ (PDF).
Για μια πιο επιστημονική περιγραφή βλέπετε άρθρα εδώ (Campion et al 1998 , Kneip et al 2002, Stiles et al 2008, Handbook of Biomedical Optics).
Μπορούμε δούμε και να θεραπεύσουμε τις ουρολοιμώξεις σε μια επίσκεψη;
Ερευνα Ράμαν στο Εργαστήριο ΟΔx
Οι λοιμώξεις του ουροποιητικού συστήματος (UTI) είναι πολύ συχνές, ειδικά στις γυναίκες, με αποτέλεσμα να δαπανώνται δισεκατομμύρια δολάρια σε κόστος υγειονομικής περίθαλψης κάθε χρόνο. Η τρέχουσα μέθοδος διάγνωσης για UTI είναι με ποσοτική καλλιέργεια ούρων, η οποία απαιτεί 24 ώρες για να παραχθούν αποτελέσματα. Ένα εύρημα 10^5 ή περισσότερων μονάδων σχηματισμού αποικιών ανά ml ούρων (cfu / ml) ορίζεται ως σημαντική βακτηριουρία. Ο έλεγχος της ευαισθησίας σε αντιβιοτικά απαιτεί μια επιπλέον περίοδο 24 ωρών. Λόγω της παρατεταμένης περιόδου διάγνωσης, οι γιατροί που υποπτεύονται λοίμωξη συνταγογραφούν συνήθως αντιβιοτικά ευρέους φάσματος πριν από την οριστική διάγνωση και τα αποτελέσματα το αντιβιογράμματος. Αυτή η πρακτική οδηγεί σε πολλές ανεπιθύμητες συνέπειες όπως ανεπιτυχείς θεραπείες, χρόνιες λοιμώξεις, αύξηση των δαπανών για την υγειονομική περίθαλψη και, κυρίως, αυξημένη ανθεκτικότητα στα αντιβιοτικά. Απαιτείται λοιπόν μια γρήγορη, ακριβής, αυτοματοποιημένη και σχετικά φθηνή μέθοδος διάγνωσης και αντιβιογράμματος για UTI. Η ανάπτυξη μιας τέτοιας μεθόδου θα είχε ως αποτέλεσμα πιο συγκεκριμένες και πιο αποτελεσματικές θεραπείες και θα μπορούσε να συμβάλει στη μακροπρόθεσμη μείωση της ανθεκτικότητας των βακτηρίων στα αντιβιοτικά. Σκοπός της έρευνας στο Εργαστήριο ΟΔx είναι η ανάπτυξη μιας μεθόδου ταχείας διάγνωσης και αντιβιογράμματος χρησιμοποιώντας φάσματα SERS που λαμβάνονται από βακτήρια που επωάζονται με διάφορα αντιβιοτικά και κολλοειδή νανοσωματίδια αργύρου. Ένα επιτυχημένο σύστημα θα πρέπει να είναι σε θέση να
- Προσδιορίσει την παρουσία των βακτηρίων (ποσοτικοποίηση)
- Αναγνωρίσει τα βακτηρία (κατηγοριοποίηση)
- Προσδιορίσει την ευαισθησία των βακτηρίων σε διάφορα αντιβιοτικά (κατηγοριοποίηση)
Σημαντικά χαρακτηριστικά του προτεινόμενου συστήματος θα πρέπει να είναι η ελάχιστη προετοιμασία του δείγματος, το χαμηλό κόστος και η ταχύτητα.
Kατηγοριοποίηση Βακτηρίων με SERS
Πρόσφατα, η ομάδα μας και άλλοι έχουν δείξει ότι με χρήση φασματοσκοπία Raman και SERS μπορούν να αναγνωρισθούν τα είδη των βακτηρίων. Χρησιμοποιώντας SERS με νανοσωματίδια κολλοειδούς αργύρου, η κατηγοριοποίηση των βακτηριακών ειδών έδωσε ~ 94% ορθό ποσοστό ταξινόμησης (δηλ. μόνο 1 από τα 16 δείγματα ταξινομήθηκε εσφαλμένα).
Ευαισθησία στα Αντιβιοτικά
Ευαισθησία ή αντοχή στα αντιβιοτικά αμοξικιλλίνη, αμοξικιλλίνη / κλαβουλανικό οξύ, κεφαλόρ, κεφαζολίνη, κεφτριαξόνη, κεφουροξίμη και σιπροφλοξασίνη που παρουσιάζονται από Ε. Coli, Κ. Pneumoniae και Proteus spp. προσδιορίστηκαν με ακρίβεια 81-100% χρησιμοποιώντας τα φάσματα SERS μετά από μόλις 2-4 ώρες έκθεσης.
Ευαισθησία στην Ανθεκτικότητα στις Φθοροκινολόνες
Επιπλέον, η φασματοσκοπία Ράμαν μπορεί να διακρίνει την ευαίσθητα ή ανθεκτικότητα βακτηρίων στην σιπροφλοξασίνη, μετά από μόλις 2 ώρες επώασης με ένα ποσοστό σωστής κατηγοριοποίησης ~ 94%. Η σιπροφλοξασίνη, σε αντίθεση με άλλα αντιβιοτικά που εξετάστηκαν προηγουμένως, δεν παρεμβαίνει στη σύνθεση του κυτταρικού τοιχώματος αλλά στη σύνθεση του DNA. Από τα προκαταρκτικά αποτελέσματα προκύπτει ότι η κατηγοριοποίηση των βακτηρίων ως ευαίσθητων ή ανθεκτικών βασίστηκε στην παρουσία σιπροφλοξασίνης έξω από τα βακτήρια λόγω αντλιών εκροής πολλαπλών φαρμάκων στο κυτταρικό τοίχωμα των ανθεκτικών βακτηρίων που λειτουργούν για την απομάκρυνση της σιπροφλοξασίνης και άλλων νεώτερων φθοριοκινολονών και είναι ύποπτα ως η κύρια αιτία της ανθεκτικότητας.
Σχεδιασμός μεταλλικών νανο-δομών
Οι ιατρικές εφαρμογές των μεταλλικών νανοσωματιδίων αποτελούν αντικείμενο έντονης έρευνας λόγω των μοναδικών ιδιοτήτων τους, οι οποίες τις καθιστούν κατάλληλες τόσο για διαγνωστική όσο και για θεραπευτική χρήση. Μία τέτοια ιδιότητα είναι ο πλασμονικός συντονισμός ο οποίος έχει ως αποτέλεσμα την ισχυρή ενίσχυση της απορρόφησης και της σκέδασης της ηλεκτρομαγνητικής ακτινοβολίας. Ο συνδυασμός των χαρακτηριστικών του μεταλλικού τύπου, του μεγέθους και του σχήματος παρέχει μοναδική δυνατότητα προσαρμογής των οπτικών ιδιοτήτων μιας νανοδομής. Η έρευνα στο Εργαστήριο ΟΔ περιλαμβάνει τη θεωρητική διερεύνηση νέων μεταλλικών νανοδομών που έχουν μοναδικές ιδιότητες, π.χ. διακριτά φάσματα απορρόφησης και σκέδασης. Αυτό θα μπορούσε να είναι επωφελές για συνδυασμένες διαγνωστικές και θεραπευτικές εφαρμογές δεδομένου ότι μπορούν να χρησιμοποιηθούν διαφορετικά διαγνωστικά και θεραπευτικά μήκη κύματος λέιζερ για αυξημένη αποτελεσματικότητα και ασφάλεια. Η προσαρμογή των ιδιοτήτων των νανοδομών έχει τη δυνατότητα να ενισχύσει διάφορες μεθόδους απεικόνισης και θεραπείας.
