Using Morphological and Chemical Features to Characterize Aeroallergens

尘螨，花粉，狗和猫的皮屑和霉菌等气蚀剂可能会影响呼吸系统，这些过敏原可能是呼吸道疾病（例如哮喘和过敏性鼻炎）的后果⁽¹⁾。

这些的识别和化学表征过敏原will enable the development of the Raman spectra database, to more certainly and quickly establish their presence in indoor and outdoor air and also to quantify them.

从历史上看，已经通过紫外可见和红外的荧光光谱进行了航空污药的鉴定^{（3,4,5,6,7）}but also by immunobiological techniques like immunoblotting or ELISA^（8,9）。

这些生物学鉴定旨在确定过敏原颗粒中哪种类型的蛋白质导致过敏。yabo214

因此，在这项研究中，使用光学显微镜和粒度分析，从商业样品，鲜花，动物的皮屑和尘螨中对不同类型的花粉颗粒的形态鉴定最终将通过拉曼光谱进行化学表征，从而提供有关信息的信息颗粒的直径。yabo214

这种光谱法应提供有关其在蛋白质，脂质和核酸中的化学成分的信息。

Instruments and Techniques

Raman Spectroscopy is a non-destructive chemical analysis method which supplies detailed information about phase and polymorph, chemical structure, crystallinity and molecular interactions. It is based upon the interaction of light with the chemical bonds within a material.

Figure 1.这些实验的实验系统。左：LA-960粒度分析仪。右：Labram Soleil拉曼微光谱计。

Raman is a light scattering method, whereby a molecule scatters incident light from a high intensity laser light source. Most of the scattered light does not provide useful information, as it is at the same wavelength (or color) as the laser source – this is known as Rayleigh Scatter.

然而，少量的光（通常约为0.0000001％）散布在不同的波长（或颜色）上，这取决于分析物的化学结构 - 这被称为拉曼散射。

Figure 2.来自鲜花花粉颗粒的光学显微镜图像。A：Camellia Pollen，B：日本樱桃树花粉，C：橙色玫瑰花粉，D：花蓟花粉，E：橙百合花粉，F：草花粉，G：橡树花粉。

使用的系统是Horiba Labram Soleil。它在高性能，可靠的系统中结合了强大而独特的功能。该系统非常适合研究和分析实验室。它是完全共享的，不是损害图像质量，深度或空间分辨率。

此外，光谱仪的LabSpec 6软件中的粒子[粒子发现选项》使用户可以识别构成未知样本的粒子。yabo214粒度分析基于激光衍射，激光衍射的主要思想是粒子将以粒子大小建立的角度散射光。

Smaller particles scatter light at wide angles, whilst larger particles scatter light at small angles. A collection of particles generates a pattern of scattered light defined by intensity and angle which can be transformed into a particle size distribution result.

AHoriba LA-960是这项工作的系统。它结合了最受欢迎的现代尺寸方法和最先进的改进，以测量从10纳米到5毫米的湿样样品。

形态鉴定

1.花粉颗粒

a) Identification by Optical Microscopy

由于拉曼光谱仪显微镜，可以对在鲜花和商业样品上收集的花粉晶粒进行初步观察。

An observation with a 50x long working distance objective is enough as the grains were quite large. In this instance, the differentiation between the pollen grains is made by appearance.

b）通过粒度分析识别

为了确保谷物的混合物，对橙百合花的花粉颗粒进行了分析，还对不同颜色的花粉粒球进行了分析。这种选择，尤其是混合物，用于确认或无效这种方法对它们之间的花粉颗粒的分化的兴趣。

Figure 3.不同花粉粒的粒度分布。

它比显微镜观察更有效，因为该方法更快。这里的花粉颗粒的分离是按大小而不是外观的。

关于不同花粉晶粒的分布，百合花粉的平均直径为63 µm，孢子的平均直径为2 µm，并且花粉球的混合物的平均直径为24 µm。

通过粒度分析对花粉晶粒的形态学鉴定提供了有关这些颗粒直径的信息，但是在混合物样品中，此信息不足以使用户能够清楚地识别每种类型的花粉谷物。yabo214

As particle size measurements are unable to supply chemical information, structural identification of the pollen grain was not possible and the utilization of a molecular spectroscopic analysis like Raman spectroscopy is vital to provide additional information to the previous assumption.

2.动物的皮屑和尘螨

由于它们的尺寸较大（图4），使用显微镜的50倍长的工作距离物镜观察到了这些空气过敏原。光学显微镜使用户能够识别每种花粉谷物并彼此区分它们，但也可以从其他过敏原中区分它们。

但是，由于它们的地形不是均匀的，因此识别沙滩和灰尘螨虫更为复杂。此外，对于一个没有经验的人来说，将花粉谷物归因于其物种将是一项挑战。

通过这种方式，拉曼光谱与显微镜结合将是表征这些过敏原并在未知混合物中识别它们的关键方法。

图4。商业样品的光学显微镜图像。A: Dander, B: Dust mite.

Chemical Characterization by Raman Spectroscopy

最初，在图5中，频谱上对气蚀原的表征进行了频谱。这些拉曼光谱是参考光谱，它们是在过敏原颗粒上测量的。yabo214

图5。航空过敏原的参考光谱。（a）：皮屑，（b）：樱桃树花粉，（c）：茶花花粉，（d）：莉莉·花粉，（e）：玫瑰花粉，（f）：蓟花粉的花，（g）：橡木花粉，（h）：草花粉，（i）：尘螨。

Pollen grains have a similar spectrum, some bands are different by their Raman shift and intensity as the one at 1.170 cm^-1, 1.600 cm^-1and 1.650 cm^-1。光谱上存在的所有带均表现出脂质，蛋白质，糖和核酸的存在^（2,4）。

皮屑和尘螨的光谱遵循与花粉颗粒光谱相同的模式。然而，频带非常不同，拉曼光谱之间的这些差异将促进混合物样品中过敏原的测定。

所以，ParticleFinder module LabSpec6 Software Suite allows the user to measure one spectrum by particle, locating the centers of the particles which are present in the microscopic image.

接下来，即使存在重要数量的参考光谱，也可以通过对未知混合物中的每个粒子进行识别。图6显示了此类分析的示例。

图6。174个气溶剂颗粒的颗粒[颗粒[yabo214红色：尘螨，绿色：海鲜，浅蓝色：草花粉，黄色：百合花粉。

因此，这种分析不仅可以在颗粒的大小上，而且还具有化学组成的方式来表征空气过敏原的混合物。yabo214由于此基于单个颗粒的光谱指纹，因此对识别的可靠性也很高。yabo214

结论

在本文中，目的是在未知样品中识别出气溶性。因为这是基于光学显微镜引起的各个颗粒的光谱指纹，这使用户能够在形态上识别它们，然后以化学表征的方式测量其拉曼光谱。yabo214

考虑到这些颗粒的参考光谱，最终可以在混合物样品中找到。yabo214所以，Raman microscopy是一种实时识别的有前途的方法，例如尘螨，花粉，谷物和动物的皮屑在室外和室内空气中。

所以，by taking an air sample and then filtering it, it is possible to analyze and especially quickly determine what type of aeroallergens are present inside. This could enhance the health awareness by preventing the risks of allergies for people who may be affected by it.

参考和进一步阅读

1. https://www.inserm.fr/information-en-sante/ dossiers-information/allergies
2. A. Guedes，H。Ribeiro，I。Abreu等人，Talanta 2014；119，473-478。
3. B.G.Pummer，H。Bauer，H。Grothe等人，J。RamanSpectrosc。2013;44，1654-1658。
4. F. Schulte, J. Lingott, U. Panne & J. Kneipp, Analytical Chemistry 2008; 80 (24), 9551-9556.
5. B. Zimmermann，Applied Spectroscopicy 2010；64（12），1364–1373。
6. m;Bağcıoğlu，B。Zimmermann，A。Kohler，Plos One 2015；10（9）：E0137899。
7. B. Zimmermann, Z. Tkalčec, A. Mešić & A. Kohler, PLoS ONE 2015; 10(4): e0124240.
8. S Spitzauer，C。Schweiger，H。Rumpold等人，INT Arch Altergy Immunol 1993;100：60-67。
9. Y. Cui, Q. Wang & H. Jia, Transl Allergy 2018; 8: 14.

致谢

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