从可见光到短波红外的生物吸收光谱的表征

我们的实验室开发了基于光的工具，为孕产妇健康应用提供诊断信息。我们经常使用光谱法，因为它可以无创地提供大量与健康相关的信息，例如监测血氧和血红蛋白浓度，这两者都是怀孕期间需要监测的重要生理参数。颗粒水中的一些溶剂具有很强的吸收性，可能会掩盖目标溶质。

此外，跨越 VIS-SWIR 区域的光谱在不同波长范围内的吸收通常具有很大的差异，我们必须更改不同区域的实验设置才能获得高 SNL 光谱。难以获得 VIS-SWIR 生物光谱导致已发表的生物吸收光谱有限，我们的目标是简化这一过程。此外，更好地了解每种生物成分的特定光谱特性将有助于选择优化的波长，以最大限度地减少由强烈黑色素吸收引起的皮肤色素沉着偏差。

我们希望我们的协议将使研究人员能够扩展当前的生物吸收剂 VIS-SWIR 库。这些结果还强调了黑色素对光学器件的影响作为波长的函数，可用于设计具有最小皮肤色素沉着偏差的系统，例如在 SWIR 中。要用全肝素化人血制备含氧血红蛋白样品，请将 1.8 毫升血液移液到微量离心管中。

将试管以 9.6 g 离心 10 分钟，弃去约 850 μL 上清液，不要干扰沉淀。在大约 850 μL 的氘水中复溶沉淀，然后再次以 9.6 g 离心 10 分钟。最后一次离心后，为了裂解红细胞，用 4.5 毫升氘代水重构红细胞沉淀。

如果颗粒粘附在管子上，请用一份氘代水冲洗以使其松动。使用钝头针头和注射器，从试管中取出裂解的血液溶液。然后从注射器上拆下钝头针头，并将其丢弃在生物危害锐器容器中。

接下来，将 0.22 微米注射器过滤器连接到注射器上，并将内容物过滤成 10 毫米光程、3.5 毫升玻璃或石英比色皿。用气密塞固定比色皿以防止污染。将 Parafilm 包裹在塞子周围，以确保完全气密密封。

用相同的光程、长度和体积填充干净的比色皿，并用氘代水进行基线和参考测量，以制备参比。为了制备脱氧血红蛋白样品，将连二亚硫酸钠添加到比色皿中的血液溶液中。用气密塞固定比色皿，并在塞子周围缠绕 Parafilm 以确保气密密封。

小心地将比色皿从一侧倾斜到另一侧，直到连二亚硫酸钠完全溶解。观察血液溶液的颜色从红色变为深紫红色。首先，打开光谱仪灯和检测器，让系统预热 5 到 20 分钟。

使用 Kimwipe 用乙醇清洁比色皿。对于双光束光谱仪，将装满氘水的比色皿作为参比溶液放入样品室和参比室中。根据要测量的光谱区域选择合适的波长范围和检测器。

使用默认参数获取参考测量值。接下来，将样品室中的比色皿更换为含有含氧血红蛋白的比色皿。切换到实时模式，在调整测量参数时连续查看吸光度。

从默认光谱仪参数开始，调整每个基准和带宽的读数，以获得定性干净的吸收光谱，而不会饱和。如果修改入射光功率、带宽、曝光时间和每个基准的读数不会导致高信噪比光谱，请更改样品浓度，将参比色皿置于样品或参比室中，或将样品和参比的光程长度放在样品或参比室中，以获得高信噪比光谱。为样品优化设置后，记录采集的每个光谱的设置。

使用优化的设置，在参比和样品室中使用相同的设置和参比溶液重新测量，以获得优化的参比测量值。接下来，将样品室中的参比色皿更换为含氧血红蛋白样品比色皿，并进行优化的样品测量。分别保存参考和样本测量值。

使用以下方程式，通过将参考测量值视为 I0 并将样品测量值视为 I.对于后处理，打开数据分析软件（如 MATLAB），并加载从光谱的不同区域获得的吸光度测量值。将倍增因子应用于一个光谱区域，以将具有不同样品浓度或光程长度的不同区域拼接在一起。含氧血红蛋白光谱与 Prahl 发表的光谱具有很强的相关性，在 415 纳米处具有明显的吸收峰，在可见光区域具有 540 至 575 纳米之间的双合透镜，在近红外范围内具有 800 至 1， 100 纳米之间的广泛吸收特征。

在短波红外区域。含氧血红蛋白谱显示低吸收，可能是由于残留水分含量。脱氧血红蛋白光谱与 Prahl 光谱具有很强的相关性，在 430 纳米、 560 纳米和 760 纳米处有突出的峰，在 1， 200 纳米附近和 1， 400 至 1， 600 纳米之间有较小的峰。