Ανάπτυξη αναλυτικής μεθοδολογίας με φασματοσκοπία Raman για την εκτίμηση της ποιότητας των οστών

• Κύριοι συγγραφείς: Κοντογιάννης, Χρίστος, Καραμπάς, Ιωάννης, Όρκουλα, Μαλβίνα
• Άλλοι συγγραφείς: Kontoyannis, Christos
• Μορφή: Conference (paper)
• Γλώσσα: Greek
• Έκδοση: 2012
• Θέματα: Οστά; Κολλαγόνο; Φασματοσκοπία Raman; Βιοαπατίτης; Bones; Collagen; Raman; Bioapatite

Το οστό αποτελεί ένα σύνθετο υλικό το οποίο αποτελείται κατά βάση από ένα χημικό και δομικό ανάλογο του φωσφορικού άλατος υδροξυαπατίτης [Ca10(PO4)6(OH)2], το οποίο γι’ αυτό το λόγο καλείται βιοαπατίτης και από την πρωτεΐνη κολλαγόνο (τύπου Ι). Η σύσταση δηλαδή του οστού διαδραματίζει σημαντικό ρόλο σε πολλές από τις μηχανικές ιδιότητές του όπως είναι η αντοχή σε θραύση, η ακαμψία, η ελαστικότητα. Έτσι, η περιεκτικότητα σε βιοαπατίτη και κολλαγόνο του οστού μπορεί να αναχθεί σε ένα παράγοντα εκτίμησης της παθολογικής του κατάστασης. Οι υπάρχουσες τεχνικές που χρησιμοποιούνται για την εκτίμηση της ποιότητας των οστών έχουν σημαντικά προβλήματα. Με την παρούσα εργασία έγινε προσπάθεια ανάπτυξης μεθοδολογίας, με σημαντικά συγκριτικά πλεονεκτήματα σε σχέση με τις υπάρχουσες τεχνικές, βασισμένη στη χρήση της φασματοσκοπίας Raman. Βιοαπατίτης και κολλαγόνο απομονώθηκαν από δείγματα οστών και χρησιμοποιήθηκαν για την παρασκευή πρότυπων δειγμάτων (δείγματα με γνωστές περιεκτικότητες σε βιοαπατίτη και κολλαγόνο). Από το φάσμα Raman χρησιμοποιήθηκε το ύψος και το εμβαδό της κορυφής στα 960 cm-1 (ν1 δόνηση των ΡΟ43-) ως δείκτης της ποσότητας του βιοαπατίτη. Για το κολλαγόνο χρησιμοποιήθηκαν η διπλή κορυφή που εμφανίζεται στα 855 και 878 cm-1 και αντιστοιχεί στις δονήσεις των αμινοξέων προλίνη και υδροξυπρολίνη, η δόνηση του αμιδίου Ι που αντιστοιχεί στην κορυφή στα 1667 cm-1 και η κορυφή στα 2941 cm-1 (CH2 δόνηση). Για τις παραπάνω κορυφές χρησιμοποιήθηκαν επίσης εμβαδά και ύψη και κατόπιν κατασκευάστηκαν ευθείες αναφοράς για τους λόγους υψών και εμβαδών έναντι του λόγου περιεκτικοτήτων για κάθε ζεύγος κορυφών. Επίσης, επιχειρήθηκε η ανάπτυξη μοντέλου ποσοτικής ανάλυση βιοαπατίτη-κολλαγόνου χρησιμοποιώντας τη χημειομετρική μέθοδο PLS, χρησιμοποιώντας όχι μεμονωμένες κορυφές αλλά μια ευρεία περιοχή του φάσματος. Τα μοντέλα ποσοτικής ανάλυσης που προέκυψαν με χρήση της φασματοσκοπίας Raman, εφαρμόστηκαν σε δείγματα οστών με άγνωστη περιεκτικότητα. Ακολούθως, για τα ίδια δείγματα υπολογίστηκαν οι περιεκτικότητες σε βιοαπατίτη και κολλαγόνο με τη βοήθεια δύο άλλων αναλυτικών τεχνικών, της φασματοσκοπίας ατομικής απορρόφησης (AAS) και της θερμοσταθμικής ανάλυσης (TGA). Συγκρίνοντας τα αποτελέσματα από τον κάθε διαφορετικό τρόπο ποσοτικής ανάλυσης με τη βοήθεια της φασματοσκοπίας Raman, με τα αντίστοιχα από τις άλλες δύο τεχνικές, προέκυψε ότι είναι εφικτός ο αξιόπιστος προσδιορισμός της περιεκτικότητας του οστού σε βιοαπατίτη και κολλαγόνο αρκεί να χρησιμοποιηθεί ο λόγος υψών 960 cm-1/(855 cm-1+878 cm-1).