光电子学器件与技术

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1、2014 年 春 季学期研究生课程考核读书报告、研究报告）考 核 科 目：光电子学器件与技术 学生所在院（系）： 理学院物理系 学生所在学科：光学姓名：学号：学 生 类 别：统招题目：13C红外光谱系统对胃幽门螺杆菌的检测13C 红外光谱系统对胃幽门螺杆菌的检测1 、幽门螺旋杆菌和胃病的关系幽门螺杆菌（HlibtrlriHP）是一种微需氧的革兰氏阴性杆菌。12年前Warren和 Marshan 从人胃粘膜组织中分离出该菌以来,其与上消化道疾病的关系日益受到 重视。现己基本确定HP是慢性活动性胃炎、消化性溃疡、胃粘膜相关淋巴样组 织淋巴瘤的重要致病因子，1994年,世界卫生组织国际癌症机构（IA

2、RC）正式将HP 列为I类（即肯定的）致癌原。所以,HP感染的检测显得特别重要。正常情况下，胃 壁有一系列完善的自我保护机制（胃酸、蛋白酶的分泌功能，不溶性与可溶性粘 液层的保护作用，有规律的运动等），能抵御经口而入的千百种微生物的侵袭。自从在胃粘膜上皮细胞表面发现了幽门螺杆菌以后，才认识到幽门螺杆菌几乎是 能够突破这一天然屏障的唯一元凶。 goodwin 把幽门螺杆菌对胃粘膜屏障在破坏 作用比喻作对“屋顶”的破坏给屋内造成灾难。图1 幽门螺旋杆菌鞭毛长约为菌体11.5倍。粗约为30nm。鞭毛的顶端有时可见一球状物，实为 鞘的延伸物。每一鞭毛根部均可见一个圆球状根基伸入菌体顶端细胞壁内侧。2、

3、幽门螺旋杆菌的感染的症状及危害性（1）幽门螺杆菌感染的症状主要是反酸、烧心以及胃痛、口臭。这主要是由于 幽门螺杆菌诱发胃泌素疯狂分泌，而发生发酸烧心，而具有胃溃疡疾病的患者， 幽门螺杆菌更是引起了主要症状胃痛的发生，口臭最直接的病菌之一就是幽门螺 杆菌了。（2）幽门螺旋杆菌能够引起慢性胃炎。所发生的主要临床表现有：上腹部不适、 隐痛，有时发生嗳气、反酸、恶心、呕吐的症状，病程较为缓慢，但是容易反复 发作。3）患者感染幽门螺杆菌后产生多种致病因子，从而引起胃黏膜损害，临床疾病 的发生呈现多样性，而且患者多会出现反酸、嗳气、饱胀感等等，均是感染幽门 螺杆菌的患者比没有感染幽门螺杆菌的患者多数倍。4

4、）幽门螺杆菌感染一般有时没有特别明显的症状，这时一般是通过检查来判断 有无幽门螺杆菌感染的，幽门螺杆菌这种致病菌，很容易诱发胃肠疾病的发生。 幽门螺杆菌症状有哪些表现就是这些了。（5）传播范围广。流行病学研究表明幽门螺杆菌感染了世界范围内一半以上的 人口，在亚洲地区，中国内地、中国香港、越南、印度等少年幽门螺杆菌的感染 率分别 60%、50%、40%、70%。慢性胃炎患者的胃粘膜活检标本中幽门螺杆菌 检出率可达80%90%,而消化性溃疡患者更高，可达95%以上，甚至接近100%。（6）治愈时间长幽门螺杆菌具有耐药性。患者感染的幽门螺杆菌菌株对所用的 抗生素耐药是造成治疗失败的主要因素。研究发现

5、，幽门螺杆菌的根除率在复治 者比初治者明显下降，同样的治疗方案，随着时间的推移，幽门螺杆菌的根除率 逐步降低；部分一线治疗失败的患者，进入二线治疗后仍无法奏效，根本原因是 幽门螺杆菌对部分抗生素日益严重的耐药性。人类一旦感染幽门螺杆菌后，若不进行治疗，几乎终身处于持续感染中。3、幽门螺旋杆菌的临床检测 目前幽门螺杆菌的诊断检测方法包括侵入性和非侵入性两大类。侵入性方法需通 过内镜获取活组织进行检测，非侵入性方法则不需进行内镜检查。近年来，已相 继研发了七种用于诊断Hp感染的检测技术，主要组织切片染色镜检法、Hp培 养法、快速尿素酶试验（RUT）法、14C.尿素呼气试验（14C.UBT）法、13

6、C.尿素呼 气试验（13C.UBT）法、粪便抗原（Hp-SA）试验法、Hp抗体检测法等七种（1）组织切片染色镜检法。通过胃镜钳取胃黏膜组织，石蜡包理切片，染色进 行组织学镜检检测Hp,但该检测方法取活检标本时应尽量大，取病变明显 的组织如溃疡$肿瘤，定向垂直切片。（2）Hp 培养法 Hp 培养方法。首先需要经胃镜活检钳取胃黏膜组织，然后进 行无菌培养,Hp是对营养要求很高的微需氧细菌，如果Hp培养条件合适， 即使很少的 Hp 也可获得阳性的结果，但一般需 35天。（3）快速尿素酶试验法。快速尿素酶试验法（ RUT） 依据 Hp 可产生活性很强的 特征性的尿素酶，分解胃酸中的尿素为NH_4和CO

7、_2，NH _4使局部 PH 值升高，中和胃酸便于细菌定植致病。 RUT 就是利用这一 原理检测胃镜活检标本中的Hp,活检组织的Hp分解尿素产氨，使尿素 酶试剂的 PH 变为碱性，使试剂中的酚红由黄变为红色。上面三种检测方法是侵入性行检测，主要是依靠胃镜人体胃部组织进行探测。 这类感染检测方法的优点是灵敏性高，特异性高，满足临床诊断要求，适合溃疡 和胃癌患者。缺点是具有创伤性，不适合儿童;价格较贵，不适合普查&此外，因 Hp培养时间长，对环境要求高。表1三种侵凰性珈感染检测方法比较顶目组织切片染色镜检Ep培养rut灵敏性9卜日砒7092%裁游9醐、特异性95-99%1O&7595%创伤性有有有

8、适宜&群成人成犬成人适应症浹病和冃癌患者葯敏试脸患者溃疡和胃癌S者检测时间较快数天较快检测设备胃覆和显徹镣胃覆和显徹镣胃饋检测价格影响因素取材部位取材咅E位：培养环境取材部位、PH值(4) 14C.尿素呼气试验法J4C.-UBT检测原理与RUT类似。当受试者口服14C. 尿素后，如果受试者胃中存在Hp感染，Hp产生的尿素酶可将14C.尿素 分解产生同位素标记的C0_(2 )。14C.UBT通过采用液闪计数仪检测 受试者呼气中14C-1 C0_2的放射性活度，从而可判断患者是否存在Hp 感染。由于口服的14C.尿素到达胃内后呈均匀分布，只要14C尿素接触的 部位存在 Hp 感染，就可以灵敏的检测

9、到 Hp。5) 粪便抗原试验法。粪便抗原试验法( Hp-SA) 试验是一种非侵入性诊断方法 由于 Hp 定居于胃上皮细胞表面，随着胃黏膜上皮细胞的快速更新脱落， Hp也随之脱落，并通过胃肠道从粪便排出，从而通过粪便来检测Hp。Hp-SA 试验的优点是比 14C-UBT 价格更便宜，操作更简单，因此适合于 普查及各类人群的现症感染和疗效判断。缺点是易受患者用药的影响，出 现假阴性。6) Hp 抗体检测。 Hp 感染后除药物根除和最终发展成萎缩性胃炎或胃癌外， 会终生带菌，因此血清学方法检测 Hp 抗体阳性应认为存在活动性感染。然而，由于Hp根除后，血清中抗体水平在半年内仍可维持阳性，故血清 学检

10、测结果通常难于区分患者为现症感染还是过去感染，因此，不能像 13C /14C-UBT 用于评价药物治疗后的效果，实际上该方法常用于人群中 Hp 感染的流行病学调查。(7) 13C .尿素呼气试验法(8) 13C.尿素呼气试验法(13C.-UBT)是1987年Graham等人首先建立了13C.-UBT 诊断 Hp 的方法。在检测原理和操作方式上，13C.-UBT 与14C.-UBT类似，受试者口服13C标记的尿素5mg/kg，30min后利用质谱仪分析呼出的 13CO_2，13CO_2 的含量表示的是尿素酶的活性及Hp的感染。和四种非侵人性魄染检测方法比较比较项目1：C-UBTUBTiiirsl

11、IpO性性性 .异桶 灵峙创适宜X群運应症 需要时间 需要设备 产生污染影响因素95-99%95%90-98%g瞄96-99%95%贰 100%9我无无无无所有鼎所有躺曾经感烫人群儿童和孕妇无无无现症感染和复查现症感染和复查现症感染和普查普查30min30minlhlh液闪仪质谱仪无无少童辐射污染无无无ffiS頑宜叱放射性活度质谱仪精密度药棚抗依持纟須寸间长13C 为一种稳定的同位素，不具有放射性辐射，在自然界以特定的比例存在， 对人体及环境均无任何危害，此外，尿素在人体内分布广泛，服用后不会有明显 的副作用，因此 13C-UBT 适用于所有年龄和类型的受试者，包括孕妇和儿童， 并且可在短期内

12、多次重复，无任何副作用。因此研究 13C 同位素法尿素检测法对 幽门螺旋杆菌的检测具有重要的意义。4、13C .尿素呼气试验法检测原理Hp细菌内部有尿素酶当它在胃内遇到吞下的13C-尿素就会把它分解成13CO2。13CO2在胃肠道吸收经血液循环到达肺后随呼气排出。通过稳定性核 素标记的底物引入机体内，并检测单向分解为核素标记的C02,从而测定底物的转 化情况。因Hp细菌内有尿素酶，当它在胃内遇到吞下的13C-尿素就会把它分解成 13CO2。13CO2在胃肠道吸收经血液循环到达肺后随呼气排出。我们只要收集 呼出的气体，测定其中的13C标记的13CO2，就可以准确的说明有没有Hp感染。 正常人没有

13、Hp,13C-尿素不能分解,13C-尿素经泌尿系统排出，呼出的气体中就没 有13CO2湎Hp感染者呼出的气体中就有13CO2。13C尿素呼气试验检测方法。体检者要在清晨空腹或禁食4 8后进行，用温 水完整口服 1 粒 13C 胶囊（ 胶囊在口中破裂将影响检测结果） ，静坐 1520min 后向专用的呼气卡（ 袋） 中吹气，将呼气卡（ 袋） 插入专用的检测仪中即可取出 诊断结果，全程诊断过程需要 2 min。图 2 碳十三标记的二氧化碳分子在人体排出循环图 国际上通常采用的的检测仪是质谱仪。通过探测 13C 的丰度来实现对幽门螺 旋杆菌的检测。但质普仪一般为进口，价格极高，不利于在欠发达地区推广

14、。图 3 质谱仪工作原理图目前利用红外光谱检测系统设计开发的 13C 红外光谱仪是可以用于测定呼 气中13CO2/12CO2比值的高精密度分析仪器，精密度小于0.3 6%o13C，其性能指 标和质谱仪相媲美。红外光谱仪稳定可靠，性价比高。基于红外光谱检测手段设 和13C尿素同位素标记方法，设计新型的检测幽门螺旋杆菌的医疗设备，对于推 广对胃病和各种溃疡病的普查工作具有重要的意义。光谱同位素效应同位素核质量的不同使原子或分子的能级发生变化，引起原子光谱或分子光 谱的谱线位移。核自旋的不同，引起光谱精细结构的变化。如果分子中某些元素 一部分被不同的同位素取代，从而破坏了分子的对称性，则能引起谱线分裂，并在红外光谱和并合散射光谱的振动结构中出现新的谱线和谱带。220022402280232023602400波数/rm-1披數/ cm-1图】2% K. 10IS mbar 下的l2CO2和门匚6 启分 辨率线強图4C02碳同位素吸收光谱图图 5 实验装置图根据在12C0和13C0具有不同的红外吸收峰，通过测定呼气中13CO2/12CO2 比值可以来对幽门螺旋杆菌进行阳性检测。1 F Hfl