BCA 生物无机化学与应用 1687 - 479 x 1565 - 3633 Hindawi出版公司 925297年 10.1155 / 2009/925297 925297年 研究文章 成分和形貌的纳米晶体尿结石患者和健康的人 Gui Bao-Song 1 谢 荣 2 姚 Xiu-Qiong 2 李 Mei-Ru 1 欧阳 Jian-Ming 2 莫雷诺 Virtudes 1 美国肾脏学 西安交通大学第二医院 西安 710004年 中国 xjtu.edu.cn 2 生物矿化与结石病研究所的研究 暨南大学 广州510632 中国 ujn.edu.cn 2009年 27 09年 2009年 2009年 13 06 2009年 01 09年 2009年 2009年 版权©2009 这是一个开放的文章在知识共享归属许可下发布的,它允许无限制的使用,分布和繁殖在任何媒介,提供最初的工作是正确的引用。

纳米晶体的组成和形态健康人和结石患者的尿液比较研究通过x射线衍射(XRD)和透射电子显微镜(TEM)。结果表明:尿纳米晶体的主要成分在健康人二水草酸钙(COD)、尿酸、磷酸镁铵(鸟粪石)。然而,尿结石患者的纳米晶体的主要成分是鸟粪石, β 磷酸三钙、尿酸、鳕鱼,一水草酸钙(COM)。根据x射线衍射数据,计算纳米晶体的大小 23 ∼ 72年 纳米在尿液和健康 12 ∼ 118年 尿结石的纳米谢勒公式。TEM结果表明,健康的尿是分散和均匀的纳米晶体的平均直径约38海里。相比之下,尿结石的纳米晶体是多聚合平均直径约55纳米。这项工作的结果表明,尿石形成可能阻止通过减少聚合和尿纳米晶体的大小分化通过物理或化学的方法。

 1。介绍

尿石形成,发生在1 ~ 在亚洲,20% 5 ~ 在欧洲9%,大约13%在北美,是一种全球普遍和经常发生的疾病( 1, 2]。特别是,在成年男性在20高发病率 ~ 40岁的人大量的练习。尿路结石的主要组件包括草酸钙、磷酸钙、尿酸、磷酸镁铵(鸟粪石)和胱氨酸。大约有80%的石头是钙,草酸钙的主要组件( 2- - - - - - 5]。

尿石形成的第一步是过饱和尿液粒子的成核。然后形成原子核(通常小于10海里)种植或/和聚合到一个病态的大小(几十微米)。保留这些微晶后尿道尿道(自由粒子理论)或固定的组织(fixed-particle理论)、尿路结石最终形成( 6]。

根据化学性质,尿石可分为酸性石头(尿酸、胱氨酸等),碱性石头(如鸟粪石),和中立的石头(如草酸钙、磷酸钙)。然而,临床实践之前预测也不能形成结石,也可以单独治疗服用不同的药物和不同治疗方法对不同类型的尿路结石。因此,导致了低治疗比。因此,如果尿结石的发生可以预测或石头的类型可以在治疗之前估计的决心尿成分和尿纳米晶体,它将提供一个合适的证据补救和个性化治疗诊所。

XRD具有可靠性的定性分析和定量分析的准确性。它操作简单,灵敏度高。根据XRD衍射数据,同时可以测量样品中组分,和近似大小的纳米粒子也可以通过谢勒公式计算。例如,陈等人。 7)计算纳米银粒子的大小(Ag) 7-22 nm,和Satyanarayana et al。 8)计算的大小nanocuprous氧化物( 铜 2 O )11纳米,谢勒公式。透射电子显微镜(TEM),更大的放大和高分辨率,通常用于纳米材料的观察。尿纳米晶体通过TEM的考试可以帮助我们理解这些纳米晶体之间的关系和各种类型的尿结石的形成。

基于上面所讨论的,成分、大小、形态、和聚合小于100纳米的纳米晶体在健康的尿和尿结石比较调查通过XRD和TEM。我们希望它会提供诊断和治疗尿石的启示。

 2。实验的细节 2.1。材料

无水酒精和叠氮化钠试剂级的化学物质。所有密封瓶从Millipore-Q用超纯水清洗系统;电阻是18.2 MΩ厘米。早晨清新的尿液样本收集尿路结石患者和健康的人没有之前尿路结石的历史。

 2.2。装置

TEM是由飞利浦TECNAI-10透射电子显微镜的操作电压100 kV。x射线衍射(XRD)结果记录在2400 D / max

使用x射线衍射仪(Rigaku、日本)石墨单色器,Ni-filtered铜K α 辐射( λ = 0.15406 nm)和扫描速度0.02° 年代 - - - - - - 1 在40 kV, 30 mA。散度和散射狭缝是1 º的范围 5 ° < 2 θ < 60 ° 。尿结石和尿晶体被确定( 9]。磷酸镁铵一水 ( 毫克 NH 4 阿宝 4 · H 2 O ) 和六水合物( 毫克 NH 4 阿宝 4 · 6 H 2 O 鸟粪石)与ASTM卡号20 - 0663和77 - 2303年,分别。Octacalcium磷酸 ( Ca 8 H 2 ( 阿宝 4 ) 6 · 5 H 2 O ) 磷酸氢钙( Ca 3 ( 阿宝 4 ) 2 、帽)和羟基磷灰石(HAP)和44 - 0778数量相比,32 - 176,分别和09 - 0432。尿酸(UA)、一水草酸钙(COM)和二水合物(COD)与号码09 - 0432相比,20 - 231,分别和17 - 541。

 2.3。临床资料和测试方法 2.3.1。临床数据

研究的参与者包括结石16例(9男7女)平均年龄为44.7岁(23 ~ 70岁)和17个随机选择健康的人类(男9女8日)之前没有尿石的历史平均年龄为38.6岁(22 ~ 53岁)。手术后尿收集石头,通过双重蒸馏水,并将其放在一个没有灰尘孵化器约50°C,使干燥,然后由玛瑙研钵磨成粉末x射线衍射和红外光谱表征。结果表明,这些石头的主要成分是CaOxa或CaOxa-CaP。三个代表尿路结石的XRD模式如图 1。早上的新鲜尿液从患者CaOxa石头或CaOxa-CaP石头从06:00时收集到喂饲。没有提交特殊饮食。人们提供尿液样本从9点没有吃任何食物。昨天晚上的尿液样本采集时间。表 1显示结石的尿液中尿石风险患者和正常人。

结石患者尿石风险和在正常科目。

尿液参数 结石患者( n = 16 ) 正常的受试者( n = 17 )
体积,L 1721年 ± 429年 1202年 ± 354年
pH值 6 。 3 2 ± 0.35 6 。 02 ± 0.32
钙,更易与L 5.51 ± 1.32 5.71 ± 2.11
草酸,更易与L 0 。 53 ± 0 。 09年 0 。 29日 ± 0 。 05年
柠檬酸,更易与L 1 。 71年 ± 0 。 94年 2 。 32 ± 0 。 85年
磷,更易与L 15.3 ± 5.8 16.1 ± 4.7

x射线衍射模式的三个代表性的尿路结石( *:COM, * *:鳕鱼, △:运气, □: Ca 3 ( 阿宝 4 ) 2 ) 。

 2.3.2。测试方法

早上新鲜尿液收集后,2%(重量/体积比) Na N 3 解决方案(尿: Na N 3 = One hundred. : 1 体积)立即被添加到尿液作为防腐剂。然后添加尿是无水酒精(尿液 :无水酒精 = 3 ∶ 2 在体积)和站了半个小时尿蛋白质变性。细胞碎片和变性蛋白降雨雪是使用微孔过滤膜的孔隙大小 1.2 μ m。它表明,过滤了 1.2 μ 米微孔膜有重要影响粒子大于400纳米和施加影响不大的小颗粒尺寸小于100纳米的两种尿。

铜网的滤液添加对TEM检测和清洁玻璃平板同时XRD表征。对于前者,铜网放入干燥器,对于后者,玻璃平板电脑在没有灰尘incubatorat 50°C为4小时尿蒸发。

 3所示。结果与讨论 3.1。分化的组件的尿纳米晶体在尿结石和健康的尿

利用XRD研究泌尿系结石16纳米晶体的成分患者和17个健康的人。数据 2和 3尿纳米晶体的x射线衍射模式显示,代表三个健康人和三个结石患者,分别。与标准相比图(见表 2)[ 9),主要山峰在图 2(一个)被分配到( 110年 )晶面 毫克 NH 4 阿宝 4 · H 2 O ( 021年 )尿酸面( 411年 ),( 501年 )和( 730年 )飞机的二水草酸钙(COD)。主要的峰图 2 (b)被分配到( 2 ¯ 11 尿酸)飞机,( 121年 )面 毫克 NH 4 阿宝 4 · 6 H 2 O ,( 411年 )和( 323年 COD晶体的)飞机。主要的峰图 2 (c)被分配到( 310年 ),( 411年 )和( 323年 )飞机的COD晶体。也就是说,所有三个,健康人尿纳米晶体包含COD晶体。

主要衍射峰( d值)和相应的尿纳米晶体的晶体表面。

尿液中纳米晶体 d值(晶体平面) ASTM卡( 9]
NH 4 MgP O 4 · H 2 O 8.79 (010),2.80 (121),4.73 (110),4.20 (011),3.24 (012) 36 - 1491
NH 4 MgPO 4 · 6 H 2 O 5.60 (020),3.66 (121),3.29 (130),2.80 (040),2.01 (151) 15 - 762
C 5 H 4 N 4 O 3 4.91 (210),3.86 ( 2 ̅ 11 ) 3.10,3.19 (021), ( 1 ̅ 21 ) 31 - 1982
β - - - - - - Ca 3 ( 阿宝 4 ) 2 4.06 (024),4.00 (116),2.88 (217),2.20 (404),1.81 (210) 9 - 169
CaC 2 O 4 · H 2 O ( COM ) 5.93 ( 1 ̅ 01 ) 2.97,3.65 (020), ( 2 ̅ 02 ) 1.98,2.84 (121), ( 3 ̅ 03 ) 20 - 231
CaC 2 O 4 · 2 H 2 O ( 鳕鱼 ) 6.18 (200),4.42 (211),3.91 (310),2.78 (411),2.34 (501), 17 - 541
2.24 (213),2.00 (323),1.62 (730)

XRD的模式三个健康的人的典型尿晶体(H1, H2, H3)。( *:COM, * *:鳕鱼, ●:尿酸、 ▴ : 内侧膝状核 H 4 P O 4 · H 2 O , ▴ ▴ : 内侧膝状核 H 4 P O 4 · 6 H 2 O )。

XRD模式典型的泌尿系结石晶体的三个病人(L1, L2, L3)。( *:COM, * *:鳕鱼, ●:尿酸、 ▴ ▴ : 内侧膝状核 H 4 P O 4 · 6 H 2 O , ◇ : β - - - - - - Ca 3 ( 阿宝 4 ) 2 ) 。

在泌尿系结石病人的纳米晶体的三个XRD模式(见图 3),主要山峰在图 3(一个)分别是分配给( 024年 )和( 404年 水晶飞机的 β - - - - - - Ca 3 ( 阿宝 4 ) 2 和( 040年 )和( 151年 )飞机 毫克 NH 4 阿宝 4 · 6 H 2 O 。主要的峰图 3 (b)被分配到( 130年 )和( 040年 )飞机 毫克 NH 4 阿宝 4 · 6 H 2 O ( 121年 COM)飞机,( 210年 )面 β - - - - - - Ca 3 ( 阿宝 4 ) 2 ,分别。在图 3 (c)主要的山峰,分别分配给的 ( 2 ¯ 11 ) 和( 021年 )飞机的尿酸,( 411年 )和( 323年 COD晶体的)飞机<年代ub>。

所有的XRD结果表明,尿纳米晶体主要是鳕鱼、尿酸和磷酸镁铵健康的尿液(见图 2),主要是磷酸镁铵 β 磷酸三钙、鳕鱼和COM的尿结石(参见图 3)。

可以看到它的峰值强度的鸟粪石结晶尿结石患者(见图 3(一个))比那些尿液中健康的人(见图 2(一个)- - - - - - 2 (b))。是归因于健康尿枸橼酸的浓度( 2.32 ± 0.85 更易/ L)高于尿结石( 1.71 ± 0.94 更易/ L)如表所示 1和报道Biyani et al。 10]。柠檬酸可以形成复合物与磷酸或磷酸盐在尿液,因此抑制了鸟粪石沉淀( 11]。

也可以看出峰值强度( 411年 )和( 323年 )尿液中COD晶体的晶面(参见图健康的人 2(一个)- - - - - - 2 (c))比那些尿结石的病人(见图 3 (c))。自衍射峰强度与晶体的数量正相关,这表明,COD晶体的数量在健康的尿多,尿结石。

COD晶体的区别这两种尿液的差异归因于尿抑制剂。这些尿抑制剂可以抑制COM晶体的形成和诱导COD晶体的生长 12- - - - - - 14]。这些抑制剂是一种小分子物质如柠檬酸、谷氨酸、焦磷酸盐、镁、和另一种是尿大分子如粘多糖(笑话),uromucoid,凝血酶原片段F1 (UPTF1) Tamm-Horsfall蛋白质,nephrocalcin(数控),骨桥蛋白(OPN)和polyribonucleotide 10, 15, 16]。这些物质,特别是尿大分子,有负电荷和倾向于成为有核病灶等尿石CaOxa石( 17, 18]。双锥体的COD晶体,只有高密度带电Oxa定位在两个顶点<年代up>2 -离子是优秀和带负电。然而,COM晶体的表面带正电的( 19]。所以带负电荷的尿大分子优先结合COM晶体,这是带正电的 20.- - - - - - 22)和封锁了增长网站表面上的COM。它增加了电动电势的负值COM晶体表面,导致尿液中纳米晶体中强的行动。因此,COM晶体的成核和生长健康的尿被抑制了。然而,在尿结石的病人,大分子的浓度不或他们的活动是低。例如,健康人类的尿液中的笑料浓度 8.80 ± 1.92 mg / L;但是,它下降到 6.08 ± 1.39 尿结石的mg / L。因此,尿大分子之间的相互作用和纳米晶体是尿结石患者较弱。从而减少COD晶体诱导。主要是草酸钙沉淀在结石患者的尿液COM晶体。它使COD晶体的衍射峰的强度在健康尿液通常是比尿结石。

 3.2。分化的形态和聚合尿纳米晶体在尿结石和健康的尿

图 4显示的TEM图像代表尿结石纳米晶体的健康人和病人。健康的人的尿纳米晶体分散和均匀的粒度分布15 nm和60 nm之间(见图 4(一), 4 (b))。相比之下,患者没有统一的结石的纳米晶体大小分布从10 nm超过100海里(见图 4 (c), 4 (d))。此外,更多的聚合纳米晶体是尿结石中发现的。

TEM图像典型的尿纳米晶体两个健康的人(a), (b)和两个结石患者(c), (d),酒吧是100海里。

根据XRD衍射数据,不仅可以测量样品的组件,而且近似大小的纳米粒子可以使用谢勒计算公式 7, 8, 23]所示( 1):

l = K λ 因为 θ · Δ ( 2 θ ) , 在哪里 l纳米粒子的大小,K是恒定的,依赖于微晶的形状( 0.89 ), λ 是x射线波长( λ = 1.5418 在这个实验中), ∆(2 θ )是应用的弧度值(half-max处全宽度) θ 是布拉格角。例如,在图 2(一个)最强劲的COD晶体的特征衍射峰是( 411年 面对一个 d值为0.279 nm,相应的 2 θ = 32.00 ° 和 θ = 16.00 ° 。最大强度的峰值为6689.2,所以在half-max高度为3344.6,相应的 2 θ 两个点的值half-max 32.09°, 31.86°,分别。这是 ∆ ( 2 θ ) = ( 32.09 ° - - - - - - 31.86 ° ) · π / 180年 ° 。用这些值为( 1),我们可以算出,鳕鱼纳米晶体的大小 l(COD) 41海里。通过相同的方法,我们也可以找出其他纳米晶体的大小健康的尿。例如,示例H1在图 2(一个), l ( 毫克 NH 4 阿宝 4 · H 2 O ) = 32 海里(110面), l(尿酸) = 23海里(021面), l(COD) = 41 ~ 47 纳米(( 411年 ),( 501年 )和( 730年 )的脸)。示例H2在图 2 (b), l(COD) = 37 ~ 49 纳米(( 411年 )和( 323年 )的脸) l(尿酸) = 72海里( 2 ¯ 11 面), l(鸟粪石) = 40 nm(121面)。示例H3(图 2 (c)), l(COD) = 45 ~ 51 纳米(( 310年 ),( 411年 )和( 323年 )面临)(见表 3)。

尿纳米晶体的大小三个健康的人(H)和三个结石患者(L)使用谢勒公式计算(nm)。

尿液中纳米晶体 H1 H2 H3 L1 L2 L3
鳕鱼 41 ~ 47 37 ~ 49 45 ~ 51 - - - - - - - - - - - - 36 ~ 45
鸟粪石 32 40 - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - -
尿酸 23 72年 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 27 ~ 65年
β - - - - - - Ca 3 ( 阿宝 4 ) 2 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 29日 ~ 45 118年 - - - - - -
鸟粪石 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 51 12 ~ 39 - - - - - -

结石尿纳米晶体的尿样L1(图 3(一个)),它可以计算出纳米大小的- β - - - - - - Ca 3 ( 阿宝 4 ) 2 ( l ( β - - - - - - Ca 3 ( 阿宝 4 ) 2 ) )是 29日 ~ 45 纳米(( 024年 )和( 404年 )脸); l ( 毫克 NH 4 阿宝 4 · H 2 O ) = 51 纳米(( 040年 )和( 151年 )的脸)。对于示例L2(图 3 (b)), l ( β - - - - - - Ca 3 ( 阿宝 4 ) 2 ) = 118年 纳米(( 210年 脸, l(鸟粪石) = 12 ~ 39 纳米(( 130年 )和( 040年 )的脸)。对于示例L3(图 3 (c)), l(尿酸) = 27 ~ 65年 纳米(( 2 ¯ 11 )和( 021年 )面临)和 l(COD) = 36 ~ 45 nm制程( 411年 )和( 323年 )的脸)。

,健康的人的尿液中纳米晶体的大小范围从23个纳米到72纳米,这些结石患者尿液范围从12到118 nm。谢勒公式的结果几乎是一致的与透射电镜的观察方法。

因为有不同的体积比表面积的颗粒大小不同,导致他们的溶解度的差异。根据奥斯特瓦尔德成熟的机制 24),当固体颗粒分散在自己的饱和溶液,有一个趋势,小型颗粒溶解和溶质随后沉积在大型粒子。因此,纳米颗粒的不均匀分布在尿结石小型晶体消失和大型晶体生长;因此这些尿液样本是不稳定的。然而,健康的尿液中的纳米颗粒均匀。它导致了弱相互作用和一个小粒子之间的差异的表面自由能;因此这些纳米粒子聚合的驱动力减弱,最后这些尿样是稳定的。

虽然尿路结石的形成与许多因素有关,它必然经历以下过程:尿液中晶核的形成,生长和/或聚合的微晶,微晶在肾上皮细胞的粘附,如图 5。根据晶体生长速率和流量的计算结果通过小管腔的尿液,单个微晶不能阻止小管腔严重时肾元了。只有尿微晶后结合其他物质,如尿液中的细胞碎片,聚合形成微晶,晶体的尺寸大一点可以阻止肾元,最后形成石( 25]。

尿石形成的原理图。

自增长,聚合和最后尿路结石的形成显然是影响组件,大小,和尿纳米晶体的均匀性,因此,可以预防尿石形成减少尿液中纳米晶体的大小分化与聚合通过物理或化学的方法。investigatation尿纳米晶体的现有状态,检测尿液中纳米晶体的组件和特性有利于找出之间的联系形成结石和尿纳米晶体,然后为合适的补救措施提供证据和个性化治疗尿石病在诊所。

 4所示。结论

纳米晶体的组成和形态健康人和结石患者的尿液比较调查通过XRD和TEM。XRD模式表明,尿纳米晶体主要是鳕鱼,尿酸,磷酸镁铵在健康的人;但主要是磷酸镁铵, β 磷酸三钙、鳕鱼和COM结石患者。尤其是COD晶体的数量在健康尿尿结石更比。根据XRD衍射数据,发现尿纳米晶体的大小是23 ~ 在健康的尿液和大约12。72海里 ~ 结石患者118海里,分别通过谢勒公式。TEM结果表明,健康的尿是分散和均匀的纳米晶体平均约38海里的大小。相比之下,尿结石的纳米晶体聚合得多,平均约55纳米大小。它从XRD数据与计算结果一致。结果表明,尿石形成可能阻止通过减少尿液中纳米晶体的大小分化与聚合,通过物理或化学的方法。

 确认

这项研究工作得到了中国自然科学基金(30672103)和广东省重点项目(2009 b030801236)。作者感谢李旷博士和梁的Wei-Bo暨南大学医学院第一附属医院提供结石患者的尿液样本。

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