LIBS元素分布成像快速测量系统在医学和动物中的应用

       FireFly LIBS快速元素分布成像快速测量系统，单次测量即可检测元素周期表中几乎所有元素、能够进行元素分布成像快速测量、对样品几乎无损伤无消耗、无须样品预处理、实验近乎零成本、 1秒钟可测量多达100次，因此在动物和人体的软、 硬组织元素分析领域，FireFly技术应用进展迅速， 并广泛应用于病理、毒理、临床诊断、药理、营养、古生物和古环境研究。

案例一：FireFly LIBS技术和LA-ICP-MS技术应用于肿瘤性质分析对比

左一、二、三图：鳞状细胞癌的LA-ICP-MS元素分布分析、病理切片图、FireFly LIBS 30μm分辨率元素分布分析。右图：LA-ICP-MS和LIBS技术在灵敏度、扫描空间分辨率、扫描速度上的比较

       生物组织的生理和病理改变会影响其化学成分分布，LIBS技术能够测量相应的宏量及微量生物元素的浓度分布，进而从化学的角度进行癌症早期筛查或者作为辅助癌症诊断技术。本研究结果表明，癌变组织中Mg元素和Ca元素异常增 高。

组织不同位置的LIBS元素谱线：病变的组织Mg、Ca元素特征峰异常增 高

恶性黑色素瘤的FireFly LIBS元素分布成像表明Ca、Mg元素在病变位置含量异常增 高

案例二：FireFly LIBS信号读取方式应用于免疫化学检测

       当前癌细胞检测通常应用免疫组织化学(IHC)和免疫细胞化学（ICC）方法，需要使用纳米粒子标记之后在光学显微镜下检测。但是可用的标记种类少、多路复用能力差限制了该检测方法的效果。Tag-LIBS技术使用上转换纳米颗粒（UCNPs）进行标记，信号强度高、可多元素同时检测因而多路复用能力强，因此可代替IHC和ICC方法。

(A)免疫细胞化学方法；(B) Tag-LIBS方法：检测Y II 437.49 nm 谱线

具备HER2受体(BT-474)和不具备HER2受体（上）；(MDA-MB-231) 的UCNP-SA标记的细胞板的FireFly LIBS成像结果（下）。标记浓度为7-700 µg/ml

案例三：FireFly LIBS技术应用于硬组织分析

       分析牙齿、骨骼等硬组织的元素信息，能够得到生物体的性别、健康、饮食、原籍和迁移等信息，在考古、人类学、法医、医疗等研究中必不可少。本研究应用FireFly LIBS技术对铅暴露不同时间的小鼠的颌骨和股骨进行快速元素分布成像分析，得到不同元素的平面微分辨率分布图像。

       FireFly同时具备标准分辨率和微区分辨率，二者之间可自动切换，无须手动调试光路。Ca和Mg分布成像测量使用FireFly 100μm完成，Pb、Sr分布成像测量使用FireFly 30μm分辨率完成。左图为小鼠颌骨，右图为小鼠股骨。

参考文献：

1. KONEČNÁ, A.; POŘÍZKA, P.; MODLITBOVÁ, P.; PROCHAZKA, D.; VRLÍKOVÁ, L.; BUCHTOVÁ, M.;KAISER, J. Multi-elemental spatially resolved analysis of hard tissues by Laser-Induced BreakdownSpectroscopy. 2022.

2. VYTISKOVÁ, K.; OBOŘILOVÁ, R.; NOVOTNÝ, K.; FARKA, Z.; SKLÁDAL, P.; KAISER, J.; POŘÍZKA, P.Detection of biomolecules labeled with photon-upconversion nanoparticles by laser-induced breakdownspectroscopy. ESAS-CSSC 2022 BOOK OF ABSTRACTS. Brno: Spektroskopická společnost Jana MarkaMarci, 2022. p. 154-154. ISBN: 978-80-88195-41-2.

3. Kateřina Kiss, Anna Šindelářová, Lukáš Krbal, Václav Stejskal, Kristýna Mrázová, Jakub Vrábel, Milan Kaška, Pavlína Modlitbová, Pavel Pořízka, Jozef Kaiserd， J. Anal. At. Spectrom., 2021,36, 909-916