8.1.2. Lézer indukált fluoreszcencia spektroszkópia (LIFS)

A lézer indukált fluoreszcencia spektroszkópia a lézeres besugárzás során kibocsátott fluoreszcencia fény analízisén alapul (szövetek vizsgálatára, sejtek osztályozására alkalmazzák). Igen kis anyagmennyiségek esetén az anyag molekuláira jellemző elnyelési sávokban is rendkívül kicsi az abszorpció. Minthogy az abszorpció eredményeként a molekulák gerjesztődnek, még tovább lehet növelni az érzékenységet azáltal, hogy nem az abszorpciót, hanem a gerjesztett molekulákat detektálják. Ebben az esetben a közegre keskenysávú, hangolható lézer fényét bocsátják. Ez szelektíven gerjeszti az adott frekvencián elnyelni képes molekulákat, melyek ennek következtében az S₀ alapállapotból valamilyen (a rajzon S₁ vagy S₂-vel jelzett) gerjesztett állapotba kerülnek, míg az egyéb, nem rezonáns molekulák gerjesztetlenek maradnak. Az analizáló eljárás a lumineszcencia jelenségét használja fel. A molekulák a gerjesztett állapotból az S₀-ba nem csak az elnyelttel azonos frekvenciájú foton kisugárzásával térhetnek vissza, hanem rendszerint más energiaállapotokba való átmenettel is, tehát eltérő - általában hosszabb – hullámhosszú lumineszcencia foton kisugárzása útján. A fluoreszcencia fény a gerjesztés után gyakorlatilag azonnal (mindössze nanoszekundumos időskálán mérhető késéssel) megjelenik. Ha a fény kibocsátása a megvilágítás után még hosszabb ideig, akár órákig is megmarad, akkor foszforeszkálásról beszélünk. Ilyenkor a molekula a fotonkibocsátás előtt egy hosszabb élettartamú gerjesztett állapotba került (T₁). A fluoreszcencia sugárzás jól elkülöníthető a beeső – eltérő hullámhosszúságú – sugárzástól, a mai fejlett elektronikus méréstechnikával még egyes fotonok is kimutathatók. Az így felvett fluoreszcencia spektrumból vissza lehet következtetni a vizsgált minta összetételére, diagnosztikai szempontból pedig akár a megvilágított szövet „egészségi” állapotára is.

	8.2.   Szövetek fluoreszcencia-mérésének vázlatos rajza

A fluoreszcencia spektroszkópia egy nagy jelentőséggel bíró alkalmazása a tumoros szövetek, sejtburjánzások kiszűrése. Egy rákos beteg gyógyításának eredményessége nagyon nagy mértékben azon múlik, milyen hamar fedezik fel, illetve hogy milyen pontosan tudják behatárolni a beteg szövetrészeket, melyek hatékony kezelését csak ezután tudják megkezdeni. A kísérletek szerint erre kiválóan alkalmas a LIFS, mivel segítségével már néhány milliméteres rákos daganat is 90 %-os pontossággal kimutatható. A rákos szövetnek a fluoreszcencia spektrumában a vörös, közeli infravörös tartományon megjelennek olyan csúcsok, melyek az egészséges szövetnél nem láthatók.

Egy másik alkalmazási lehetőség erekre lerakódott ún. plakkok, illetve elmeszesedett részek pontos behatárolása, mivel a plakkok intenzívebben fluoreszkálnak, mint a normál érbelhártya (endothelium), ill. az érfal.

A fogak fluoreszcencia spektrumát vizsgálva megfigyelték, hogy az emissziós csúcs a zöldből (~550 nm) a vörös fele tolódik (~590 nm).  A vizsgálat során egy egyszerű színszűrős szemüveggel, mely csak a vörös fényt engedi át, nagy biztonsággal ki lehet szűrni a szemmel nem is látható beteg területeket a páciens fogsorának kisintenzitású lézeres pásztázásával. A piacon megjelentek azok a készülékek, melyek már számszerűsített információt adnak a spektrum eltolódásáról.

	8.3. ábra   A vér bilirubin szintje meghatározható lézer indukált fluoreszcencia spektroszkópiai mérésekkel.

Minden újszülöttnél észlelhető - enyhébb-kifejezettebb - sárgaság, ami a lebomló vörösvérsejtek és a még kevéssé érett máj enzimaktivitásának eltéréseiből ered. Vannak azonban örökletes jellegű, az epefesték transzport zavaraival járó sárgaság-formák, illetve külső fertőzések által okozott májbetegségek amelyek már kisgyermekkorban is megnyilvánulhatnak. A sárgaságot ebben az esetben a bilirubin felszaporodása okozza, amely a vörösvértestek lebontása során képződik, és az epével történő ürülése zavart szenved. A bilirubin kis mennyiségben rendes körülmények között is megtalálható a vérben. Vízben nem oldódik, de a májsejtek vízoldékonnyá alakítják mely az epében oldva a vékonybélbe jut, majd a széklettel kiürül. Amíg a bilirubin termelődése és kiválasztása között teljes az összhang, nincs semmi baj. Ha azonban több bilirubin termelődik, vagy a megszokottnál kevesebb választódik ki, emelkedik a vér bilirubinszintje, és előbb csak a szem kötőhártyáján, majd a bőr teljes felületén sárgaság lép fel. A sárgaság okának kiderítéséhez meg mérni kell a csecsemők vérének bilirubin szintjét. Ezt ezidáig legkönnyebben vérvizsgálattal lehetett megejteni, a lézerek alkalmazásával ez a trauma elkerülhető, mivel ebben az esetben nincs szükség szúrásra. Arról van ugyanis szó, hogy egy lézernyaláb becsatolót érintenek a beteg gyerek homlokához. Az abban található rengeteg hajszálér viszonylag nagyon közel van a felszínhez, így a fény eljut a bennük áramló vérhez fluoreszcencia fényt indukálva. Ezen fény egy része némi abszorpció után visszajut a felszínre, ahonnan a becsatoló segítségével elkerül egy detektorba, majd egy spektrumanalizátorba. Ott egy számítógép a spektrum alapján kiszámítja a bilirubin szintet. Itt meg kell említeni, hogy hasonló mérési elven alapuló, normál fényforrással üzemelő eszközök klinikai kipróbálása is folyamatban van.

A fotodinamikus diagnosztika (Photodynamic Diagnostics, PDD) a fluoreszcencia spektroszkópiának egy speciális változata. Ennek során a betegnek intravénásan  fényérzékenyítő (fotoszenzibilizátor) anyagot adnak be, mely szelektíven dúsul a rákos szövetben, míg az egészséges sejtek rövid idő alatt lebontják a festéket. Ha a megfestett területet megfelelő hullámhosszúságú lézerfénnyel megvilágítjuk, akkor a rákos szövet fluoreszcens effektus következtében világítani fog, tehát könnyen kimutathatóvá válik. A gerjesztő lézer fénye jellemzően az UV vagy a látható tartományba esik.