Phân tích SEM-Raman kết hợp của mô xương

Giao diện SEM Raman inLux™ kết hợp kính hiển vi điện tử quét (SEM) với quang phổ Raman và có thể cung cấp thông tin chi tiết về thành phần xương. Độ chính xác cao của phân tích SEM-Raman tương quan làm cho kỹ thuật này trở nên có giá trị trong việc phát hiện sớm tính dễ gãy của xương.

Cả quang phổ Raman và SEM thường được sử dụng độc lập cho các ứng dụng chẩn đoán y tế. Tuy nhiên, việc kết hợp các kỹ thuật này để thực hiện phân tích tương quan có khả năng cải thiện độ chính xác và độ tin cậy của dự đoán bệnh trong các mô sinh học. Cả hai kỹ thuật đều có lợi không cần đánh dấu, không phá hủy và không tiếp xúc, nghĩa là mẫu có thể được mà không cần chuẩn bị cụ thể. Điều này giúp giảm thời gian và chi phí thử nghiệm, đồng thời cho phép kết hợp các phân tích sâu hơn nếu cần.

Tại sao nên kết hợp quang phổ SEM và Raman?

Phổ Raman và kính hiển vi điện tử quét (SEM) là các kỹ thuật phân tích bổ sung cho nhau. Phổ Raman cung cấp thông tin về thành phần hóa học và cấu trúc của mẫu, trong khi SEM tạo ra thông tin về địa hình và thành phần nguyên tố. SEM sử dụng electron để tương tác với các nguyên tử trong mẫu. Điều này cho phép chụp ảnh có độ phân giải và độ phóng đại cao vì, không giống như quang phổ Raman, độ phân giải của phương pháp này không bị giới hạn bởi nhiễu xạ quang học.

Theo truyền thống, phổ Raman tương quan và phân tích SEM sẽ được thực hiện trên hai thiết bị riêng biệt. Tuy nhiên, điều này tốn thời gian và đòi hỏi phải định vị lại mẫu thủ công để có thể phân tích cùng một vùng quan tâm. Trong quá trình chuyển mẫu, có nguy cơ xảy ra sai sót đối với người dùng, có thể ảnh hưởng đến độ chính xác và độ tin cậy của phân tích tương quan, cộng với nguy cơ nhiễm bẩn và tổn hại mẫu.

Giao diện inLux cho phép thu thập hình ảnh SEM và Raman từ cùng một khu vực mẫu mà không cần phải di chuyển mẫu giữa các phép đo, vì tất cả dữ liệu thu thập được đều được thực hiện bên trong buồng SEM. Do đó, giao diện inLux giúp giảm đáng kể thời gian thử nghiệm và loại bỏ lỗi định vị lại, có thể mang lại lợi ích cho độ chính xác của các phân tích.

Sự cân bằng của xương

Phân tích mô xương có thể được hưởng lợi từ thông tin bổ sung do cả quang phổ Raman và SEM cung cấp. Do đó, ngày càng có nhiều sự quan tâm đến việc kết hợp hai kỹ thuật này và thực hiện phân tích tương quan. Phân tích quang phổ Raman và SEM tương quan cung cấp thông tin chi tiết về chất lượng xương và cho phép dự đoán sớm các rối loạn xương.

Xương là một hệ thống rất năng động với sự luân chuyển liên tục của các thành phần. Hoạt động của các tế bào tạo xương và các tế bào hủy xương kiểm soát tổng lượng xương hiện có (Hình 1). Khi hoạt động của tế bào mất cân bằng, điều này có thể dẫn đến các rối loạn xương phì đại hoặc loãng xương. Do đó, cần phải đánh giá chất lượng xương để có thể phát hiện các dấu hiệu sớm của các rối loạn xương (ví dụ như xương giòn).

Một chỉ số quan trọng về chất lượng xương là mật độ khoáng xương mô (BMD). BMD mô có thể được đánh giá bằng cách sử dụng SEM để đo hàm lượng canxi hoặc bằng cách sử dụng quang phổ Raman để xem tỷ lệ khoáng chất trên ma trận. Sử dụng cả hai phương pháp để thực hiện phân tích tương quan cung cấp đánh giá chính xác và trực giao về chất lượng xương.

Giao diện inLux được sử dụng để thu thập hình ảnh Raman và SEM đồng vị trí từ mẫu xương nhúng nhựa. Giao diện inLux được ghép nối với máy phân tích Raman Virsa™ được trang bị kích thích bằng laser 785 nm. Giao diện inLux được gắn vào kính hiển vi điện tử quét JEOL 6060-LV, được sử dụng để thu thập hình ảnh điện tử tán xạ ngược định lượng (qBEI).

Hình 2 cho thấy tổng quan về phương pháp thực nghiệm. Hàm lượng canxi được xác định từ các mức xám trong hình ảnh SEM bằng cách sử dụng các tham chiếu cacbon và silic nguyên chất, tương ứng với khoáng hóa hoàn toàn và không có khoáng hóa hoàn toàn, tương ứng[1]. Độ sáng và độ tương phản của hình ảnh được hiệu chuẩn để cung cấp các mức xám chính xác cho cacbon nguyên chất và silic nguyên chất, và biểu đồ mức xám của xương được chuyển đổi trực tiếp thành phần trăm trọng lượng canxi. Sau đó, đầu dò Raman inLux được tự động đưa vào để thu được hình ảnh Raman của cùng một khu vực với phân tích SEM. Tỷ lệ cường độ đỉnh Raman được tính toán để cung cấp thông tin về các thành phần của xương. Các đỉnh Raman được nghiên cứu được hiển thị trong quang phổ xương ở Hình 3 và Bảng 1.

Hình ảnh SEM và Raman được tạo ra, lần lượt cho thấy hàm lượng canxi và sự phân bố các thành phần xương, được thể hiện trong Hình 4. Sử dụng các phép gán trong Bảng 3, các hình ảnh cho thấy các vùng có hàm lượng canxi cao hơn cũng cho thấy trạng thái xoắn ốc cao hơn của collagen loại I và tỷ lệ khoáng chất trên ma trận lớn hơn (BMD mô cao hơn). Các vùng có hàm lượng canxi thấp hơn cho thấy hàm lượng các thành phần ma trận ngoại bào, glycosaminoglycan (GAG) và cacbonat cao hơn.

Tài liệu tham khảo:

[1] Roschger P, Fratzl P, Eschberger J, Klaushofer K. Validation of quantitative backscattered electron imaging for the measurement of mineral density distribution in human bone biopsies. Bone. 1998 Oct;23(4):319-26. doi: 10.1016/ s8756-3282(98)00112-4. PMID: 9763143.

Để biết thêm chi tiết về Phân tích SEM-Raman kết hợp của mô xương và Application Note hoàn chỉnh, xin vui lòng liên hệ ADGroup