Vákuumtechnológia az orvosi elemzésben

Az 1980-as évek óta az MRI (mágneses rezonanciás képalkotás) hatékony diagnosztikai eszközzé vált a CT (számítógépes tomográfia) kiegészítéseként.

Míg a CT-vizsgálatok röntgent használnak a képalkotáshoz, az MRI-vizsgálat a szövetekben lévő H2O molekulákból származó forgó visszaverődéseket használja, amelyek a testet nem teszik ki sugárzásnak.

A beteget külső mágneses mezőbe kell vinni. Szinte mindegyik mágnes szupervezető, 4,2 K (- 269 C) hőmérsékleten hűtött. Ezeket az ultraalacsony hőmérsékleteket csak vákuumszigeteléssel lehet fenntartani. Ez azt jelenti, hogy minden egyes MRI-mágnest 10-05 mbar alatt evakuálnak, mielőtt lehűlnek a kriogén hőmérsékletre.

Ezt a TMP szivattyúállomások teszik meg. A szórt mágneses mező miatt a szivattyúk nem működtethetők, amíg a mágneses mező be van kapcsolva, de a nagy hideg felületek krioszivattyúként működnek, és fenntartják a vákuumot, ha nincs szivárgás. Az MRI-mágnes és a cryocooler karbantartása még teljes mágneses mező alatt is elvégezhető nem mágneses eszközökkel, újraevakuálás nélkül.

A tömegspektrométerek a proteomika és a genomika, az igazságügy, a gyógyszerfejlesztés, az élelmiszer- és vízbiztonság, valamint a hazai biztonság kutatásában és elemzésében általánosan használt eszközök.

Ez a különböző műszercsalád egyre kiemelkedőbbé válik a virológiai területen végzett proteomikai orvosi kutatások iránti növekvő igénynek köszönhetően. Ezek a műszerek megtalálhatók kutatólaboratóriumokban, analitikai laboratóriumokban és kórházakban.

A különböző típusú tömegspektrométerek ionizálják a mintákat, és egy vagy több négypólusú sorozatban elemzik a vegyületeket. A négypólusú elemek működési elve megegyezik a maradékgáz-analizátorokéval ("RGA-k"). 

A molekulák ionizálása a mintából történik. A permet ionizálása a legtöbb esetben az 1 - 5 mbar tartományban történik. A gázbemenethez egy egyfokozatú forgólapátos szivattyú elegendő, és gyakran használnak scroll vagy többfokozatú Roots-elven működő száraz szivattyút. Az ionok egy vagy több elemzőkamrába gyorsulnak.

Ezek a kamrák nagy, egyes esetekben ultramagas vákuumot igényelnek ahhoz, hogy elérjék a detektorrendszert. A legtöbb esetben úgynevezett többbemenetes vagy osztott áramlású turbómolekuláris szivattyúkat használnak. A több különálló TMP helyett a változatok több szivattyúnyílással rendelkeznek a műszer különböző vákuumkamráihoz, ami költséget és helyet takarít meg. Ezeknek a műszereknek a kialakítása nagyon kompakt a helytakarékosság érdekében, amint azt a 2. képen látható belső nézet is mutatja. 

Az orvosi elemzéshez és kutatáshoz használt másik eszköz az elektronmikroszkóp.

A fény viszonylag hosszú hullámhossza miatt (380-780 nm) a fénymikroszkópok felbontása kb. 500 nm-re korlátozódik. A legtöbb baktérium mérete 1-10 um, de a vírusok átlagos mérete 100-200 nm (koronavírus: 160 nm), így fénymikroszkóppal nem láthatók. Az elektronmikroszkópok felbontása akár 0,5 nm is lehet! Az elektronmikroszkópok nagy energiájú elektronok hullámhosszát használják, amely 1-100 nm.

Annak biztosítása érdekében, hogy az elektronok az elektronpisztolyból a lencséken és a mintán keresztül a levegőmolekulák általi szétszóródás nélkül haladjanak át, a teljes műszernek vákuum alatt kell lennie.

Néhány méteres átlagos szabad út biztosításához 10-04 mbar-nál jobb vákuumra van szükség, nagyobb műszerek esetén pedig 10-06 mbar-ra. A rezgésszigetelés fontos ahhoz, hogy a minták kis struktúrái ne homályosodjanak el.

Az első elektronmikroszkópok (1932, Ernst Ruska, Physics Nobel Prize 1986) olajdiffúziós szivattyúkat használtak. Manapság a klasszikus vákuumrendszer egy turbómolekuláris szivattyú (mechanikus vagy mágneses csapágy), egy rezgésszigetelő plusz egy 2 fokozatú forgólapátos szivattyú vagy egy száraz csigás szivattyú. A legtöbb műszer esetében a költségmegtakarítás érdekében nincs tolózár a TMP tetején - a minták behelyezése a teljes vákuumrendszer légtelenítésével történik. Ehhez a TMP gyors gyorsítására és lassítására van szükség.

Ebben a blogban bemutattuk, hogy a vákuumtechnológia számos orvosi kutatási, kezelési és diagnosztikai területen jelen van.

A vákuumtechnológia itt magas biztonsági és szabályozási szabványok és karbantartási ütemtervek alá tartozik. Sok esetben a kezelők nem tudják, hogy vákuumot használnak, és valószínűleg már megértik a műszer belsejéből érkező hangot.