ВВЕДЕНИЕ 3
1 Теоретический обзор 5
1.1 Биомаркеры в диагностике заболеваний 5
1.2 Аэрогель как абсорбент 9
1.3 Терагерцовая спектроскопия 14
1.4 Метод главных компонент 19
2 Практическая часть 21
2.1 Оборудование для эксперимента 21
2.2 Методика эксперимента 23
2.3 Получение экспериментальных данных 24
2.4 Анализ данных 28
ЗАКЛЮЧЕНИЕ 40
СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННЫХ ИСТОЧНИКОВ И ЛИТЕРАТУРЫ 4
В настоящее время, активно развиваются направления исследований, связанные с определением состава кожных испарений с помощью высокочувствительного газового анализа. Человеческий организм в процессе жизнедеятельности выделяет множество различных веществ, которые могут использоваться в качестве биомаркеров различных состояний. Для определения таких веществ используется неионизирующее, длинноволновое терагерцевое излучение, с помощью которого возможно идентифицировать многие молекулы и исследовать быстропротекающие процессы, что позволяет, исследуя газовые пробы, определять на ранних стадиях различные патологии в организме. К тому же, само получение газовых проб не является сложной задачей, что делает это направление очень перспективным.
Анализ биологических газовых проб, таких как выдыхаемый воздух и кожные испарения могут служить методами неинвазивного анализа различных патологий и состояний. В используемые на данный момент спектрометры для анализа газовых проб невозможно поместить часть тела или кожи и получить хороший результат для последующего анализа. Необходимо снять пробу кожных испарений с организма и лишь после этого приступить к её анализу. Таким образом, отбор и хранение биологических проб с целью их дальнейшего исследования является одной из актуальных задач, проводимых в этой области исследований.
Исходя из вышесказанного, целью работы является исследование различных абсорбционных материалов для отбора кожных испарений с помощью ТГц-спектроскопии для выявления различных патологий.
Для достижения данной цели поставлены следующие задачи:
5) Разработать методику забора проб кожных испарений с помощью ватных дисков и аэрогеля
6) Получить спектры поглощения для полученных проб
7) Изучить метод главных компонент и применить к имеющимся данным
8) Получить графическое представление данных в координатах различных главных компонент
Для исследования выбраны два материала, которые способны выступать в качестве абсорбентов. Первым является аэрогель - твердый материал, состоящий из очень маленьких частиц диоксида кремния, соединенных в хаотические цепочки и образующие сеть мезопор. Данный материал имеет очень низкую плотность и благодаря такой структуре его можно использовать в качестве абсорбента. Используемый нами в исследовании аэрогель имеет плотность 0,2 г/смЛ3 и состоит на 80% из воздуха и на 20% из диоксида кремния.
Второй используемый нами материал - это косметические ватные диски из нетканого материала, которые так же могут использоваться в качестве абсорбента. Преимущество данного материала может оказаться в его доступности.
В данном исследовании было рассмотрено применение терагерцевой лазерной спектроскопии в целях изучения испарений с поверхности кожи, с помощью образцов аэрогеля и ватных дисков получены спектры поглощения испарений с поверхности кожи.
В результате работы проверена методика отбора проб испарений с кожи, для этого были получены пробы кожных испарений с помощью образцов аэрогеля и ватных дисков и исследованы их спектры поглощений. Подтверждена гипотеза, что аэрогель и ватные диски являются прозрачными материалами для ТГц-излучения при его прохождении через образец.
С помощью метода главных компонент подтверждено, что исследуемые материалы содержат в себе данные о кожных испарениях, и в случае аэрогеля могут применяться для дальнейшего анализа, причем достаточное время выдержки на поверхности кожи составляет 5-10 минут. В случае же ватных дисков, они также могут использоваться для поставленных задач, однако их использование требует специальных мер по хранению и дополнительных исследований по используемым материалам и времени пригодности пробы для исследований.
Так же на основе сравнения данных спектров аэрогеля в день снятия и через 78 часов с данными чистого образца можно сделать вывод, что спустя это время проба остается пригодной для дальнейшего анализа.
