توصيف أطياف الامتصاص البيولوجي التي تمتد عبر المرئي للأشعة تحت الحمراء قصيرة الموجة

يطور مختبرنا أدوات قائمة على الضوء توفر معلومات تشخيصية لتطبيقات صحة الأم. غالبا ما نستخدم التحليل الطيفي البصري بسبب وفرة المعلومات المتعلقة بالصحة التي يمكن أن توفرها بشكل غير جراحي ، مثل مراقبة أكسجة الدم وتركيز الهيموجلوبين ، وكلاهما من المعلمات الفسيولوجية المهمة التي يجب مراقبتها أثناء الحمل. بعض المذيبات الموجودة في الماء الجسيمي لها امتصاص قوي يمكن أن يلقي بظلاله على المواد المذابة ذات الأهمية.

علاوة على ذلك ، غالبا ما يكون للأطياف التي تمتد عبر منطقة VIS-SWIR اختلافات كبيرة في الامتصاص في نطاقات الأطوال الموجية المختلفة ، ويتعين علينا تغيير الإعدادات التجريبية لمناطق مختلفة للحصول على أطياف SNL عالية. ساهمت صعوبة الحصول على الأطياف البيولوجية VIS-SWIR في محدودية أطياف الامتصاص البيولوجي المنشورة ، ونحن نهدف إلى تبسيط هذه العملية. بالإضافة إلى ذلك ، سيساعد الفهم المحسن للخصائص الطيفية المحددة لكل مكون بيولوجي في اختيار الأطوال الموجية المحسنة التي يمكن أن تقلل من تحيز تصبغ الجلد الناجم عن امتصاص الميلانين القوي.

نأمل أن يمكن بروتوكولنا الباحثين من توسيع مكتبة VIS-SWIR الحالية لامتصاص البيولوجي. تسلط هذه النتائج الضوء أيضا على تأثير الميلانين على الأجهزة البصرية كدالة للطول الموجي ويمكن استخدامه لتصميم أنظمة ذات الحد الأدنى من تحيز تصبغ الجلد ، كما هو الحال في SWIR. لتحضير عينة الهيموجلوبين المؤكسج بدم بشري كامل هيبارين، قم بإدخال 1.8 مل من الدم في أنبوب طرد مركزي دقيق.

قم بالطرد المركزي للأنبوب عند 9.6 جرام لمدة 10 دقائق ، وتخلص من ما يقرب من 850 ميكرولتر من المادة الطافية دون إزعاج الحبيبات. أعد تكوين الحبيبات في حوالي 850 ميكرولتر من الماء المنزوع ، وجهاز الطرد المركزي مرة أخرى عند 9.6 جم لمدة 10 دقائق. بعد الطرد المركزي الأخير ، لتحلل خلايا الدم الحمراء ، أعد تكوين كريات خلايا الدم الحمراء ب 4.5 مل من الماء المنزوع.

إذا كانت الحبيبات ملتصقة بالأنبوب ، اشطفها بجزء من الماء المنزوع لفكها. باستخدام إبرة وحقنة غير حادة ، قم بإزالة محلول الدم المحلل من الأنبوب. ثم افصل الإبرة ذات الطرف الحاد عن المحقنة ، وتخلص منها في حاوية أدوات حادة بيولوجية.

بعد ذلك ، قم بتوصيل مرشح حقنة 0.22 ميكرومتر بالمحقنة ، وقم بتصفية المحتويات بطول مسار 10 ملم ، أو زجاج 3.5 مليلتر ، أو كوفيت كوارتز. قم بتأمين الكوفيت بسدادة محكمة الإغلاق لمنع التلوث. لف البارافيلم حول السدادة لضمان إحكام إغلاق تماما.

قم بإعداد مرجع عن طريق ملء كوفيت نظيف بنفس المسار والطول والحجم ، بالماء المنزوع للقياسات الأساسية والمرجعية. لتحضير عينة الهيموجلوبين غير المؤكسج ، أضف ثنائي ثيونيت الصوديوم إلى محلول الدم في الكوفيت. قم بتأمين الكوفيت بسدادة محكمة الإغلاق ولف البارافيلم حول السدادة لضمان إحكام الإغلاق.

قم بإمالة الكوفيت بحذر من جانب إلى آخر حتى يذوب ثنائي ثيونيت الصوديوم تماما. لاحظ تغير لون محلول الدم من الأحمر إلى الأحمر الأرجواني الداكن. للبدء ، قم بتشغيل مصباح مقياس الطيف وأجهزة الكشف ، مما يسمح للنظام بالتسخين لمدة 5 إلى 20 دقيقة.

نظف الكوفيت بالإيثانول باستخدام Kimwipe. بالنسبة لمطياف ثنائي الشعاع ، ضع الكوفيت المملوءة بالماء المنزوع كحل مرجعي في كل من غرف العينة والمرجعية. حدد نطاق الطول الموجي المناسب والكاشف بناء على المنطقة الطيفية المراد قياسها.

الحصول على القياسات المرجعية باستخدام المعلمات الافتراضية. بعد ذلك ، استبدل الكوفيت الموجود في حجرة العينة بالكوفيت الذي يحتوي على الهيموجلوبين المؤكسج. قم بالتبديل إلى الوضع المباشر لعرض الامتصاص باستمرار أثناء ضبط معلمات القياس.

بدءا من معلمات مقياس الطيف الافتراضية ، اضبط القراءات لكل مرجع وعرض النطاق الترددي للحصول على طيف امتصاص نظيف نوعيا دون تشبع. إذا لم ينتج عن تعديل قدرة الضوء الساقط وعرض النطاق ووقت التعريض والقراءات لكل مرجع طيف عال من نسبة الإشارة إلى الضوضاء، فقم بتغيير تركيز العينة، ووضع الكوفيت المرجعي إما في العينة أو الغرفة المرجعية أو طول مسار العينة والمرجع للحصول على طيف عالي نسبة الإشارة إلى الضوضاء. بمجرد تحسين الإعدادات للعينة، قم بتوثيق الإعدادات لكل طيف تم الحصول عليه.

باستخدام الإعدادات المحسنة، أعد القياس باستخدام نفس الإعدادات مع الحل المرجعي في الغرف المرجعية وغرف العينة للحصول على القياس المرجعي الأمثل. بعد ذلك ، استبدل الكوفيت المرجعي في غرفة العينة بكفيت عينة الهيموجلوبين المؤكسج ، وقم بإجراء قياس عينة محسن. احفظ كل من القياسات المرجعية والعينة بشكل منفصل.

باستخدام المعادلة التالية ، احسب الامتصاص A عن طريق معالجة القياس المرجعي على أنه I0 وقياس العينة على أنه I.للمعالجة اللاحقة ، افتح برنامج تحليل البيانات مثل MATLAB ، وقم بتحميل قياسات الامتصاص المكتسبة من مناطق مختلفة من الطيف. قم بتطبيق عامل ضرب على منطقة طيفية واحدة لتجميع مناطق مختلفة بتركيزات عينة متفاوتة أو أطوال مسار. أظهر طيف الهيموجلوبين المؤكسج ارتباطا قويا مع الطيف المنشور بواسطة Prahl ، مع قمم امتصاص مميزة عند 415 نانومتر ومضاعفة بين 540 إلى 575 نانومتر في المنطقة المرئية ، إلى جانب ميزة امتصاص واسعة بين 800 و 1 ، 100 نانومتر في الأشعة تحت الحمراء القريبة.

في منطقة الأشعة تحت الحمراء قصيرة الموجة أظهر طيف الهيموجلوبين المؤكسج امتصاصا منخفضا ، ويرجع ذلك على الأرجح إلى محتوى الماء المتبقي. أظهر طيف الهيموجلوبين غير المؤكسج ارتباطا قويا مع طيف براهل ، حيث يتميز بقمم بارزة عند 430 نانومتر و 560 نانومتر و 760 نانومتر ، وقمم أصغر حوالي 1 ، 200 نانومتر ، وبين 1 ، 400 إلى 1 ، 600 نانومتر.