Name: Caracterização de espectros de absorção biológica abrangendo o visível ao infravermelho de ondas curtas (Vídeo) | JoVE Journal
Uploaded: 2025-01-10T13:10:00.000+00:00
Duration: 7 min 38 s
Description: Aprenda a caracterizar espectros de absorção biológica VIS-SWIR usando hemoglobina oxigenada e desoxigenada. Este método simplifica a aquisição de dados espectrais para diagnósticos de saúde materna.

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<meta charset="utf8"></head><body>Otimizando a espectroscopia VIS-SWIR para moléculas biológicas

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</ol>

<table><tbody><tr><td>0,22 &micro; m de diâmetro Filtros</td><td>Sigma-Aldrich</td><td>SLGPM33RS</td><td></td></tr><tr><td>1000 &micro; L Pipeta</td><td>Millipore Sigma</td><td>EP3124000121</td><td></td></tr><tr><td>200 &micro; L Pipeta</td><td>Millipore Sigma</td><td>EP3124000083</td><td></td></tr><tr><td>Tubos Cônicos</td><td>Avantor VWR</td><td>21008-089</td><td></td></tr><tr><td>Óleo de Milho</td><td>Happy Belly</td><td>n/a</td><td>48 Fl Oz</td></tr><tr><td>Óxido de Deutério</td><td>Cambridge Isotope Laboratories</td><td>DLM-4-100</td><td></td></tr><tr><td>Óxido de Deutério</td><td>Sigma-Aldrich</td><td>7789-20-0</td><td></td></tr><tr><td>Dimetil Sulfóxido (DMSO)</td><td>Sigma-Aldrich</td> Seringa descartável de 1 mL <td>D5879-1L</td><td></td></tr><tr><td></td><td>BH fornece</td> agulha descartável <td>BH1LL</td><td></td></tr><tr><td></td><td>Atshuhut / Amazon</td><td>66941</td><td></td></tr><tr><td>Freezer (-80 &deg; C)</td> <td>Fisher Scientific</td><td>IUE386FARK</td><td></td></tr><tr><td>Copos de Vidro</td><td>Millipore Sigma</td><td>CLS1000PACK</td><td></td></tr><tr><td>Vidro ou Quartzo Cuvetes</td><td>Sigma-Aldrich</td><td>Z802875-1EA</td><td>700 &micro; Volume L</td></tr><tr><td>Cuvetes de Vidro ou Quartzo</td><td>Thorlabs</td><td>CV10Q35EP</td><td>3500 mL volume</td></tr><tr><td>Lampire</td> de<td>Sangue Humano Heparinizado</td><td>7203710</td><td></td></tr><tr><td>Tubos de Microcentrífuga Microcentrífuga</td><td>Costar</td><td>3213</td><td></td></tr><tr><td>--accuSpin Micro 17</td><td>Fisher Scientific</td><td>13-100-675</td><td></td></tr><tr><td>MilliQ Water</td><td>Millipore Sigma</td><td>ZMQSP0D01</td><td></td></tr><tr><td>Lâmpada Halógena OSRAM FCS 64640 150 W 24 V HLX</td><td>Parafilm Amazon</td><td>B0001221DG</td><td></td></tr><tr><td></td> Pontas de Pipeta <td>Millipore Sigma</td><td>HS234526B</td><td></td></tr><tr><td></td><td>Eppendorf</td><td>22492055</td><td></td></tr><tr><td>Melanina Sintética em Pó</td><td>Sigma-Aldrich</td><td>8049-97-6</td><td></td></tr><tr><td>Escala</td><td>Sartorius</td><td>UX-11976-09</td><td></td></tr><tr><td>Ditionita</td> <td>de SódioEspátula</td><td></td> de CPX1800 Científica Sigma-Aldrich 1065070500 <td></td></tr><tr><td>Sonicator</td><td></td><td>Fisher</td>&nbsp;<td></td></tr><tr><td></td><td>Aozita</td><td>000 00 0 1 2 3</td><td></td></tr><tr><td>UV/VIS/SWIR Espectrofotômetro</td><td>On Line Instrument Systems</td><td>Olis Cary 14</td><td></td></tr><tr><td>Barcos de Pesagem</td><td>Amazon</td><td>&nbsp; </td><td></td>B07M5RMNPF</tr></tbody></table>

caracterização de espectros de absorção biológica abrangendo o visível ao infravermelho de ondas curtas

Characterization of Biological Absorption Spectra Spanning the Visible to the Short-Wave Infrared

Os dados estão disponíveis através do Repositório Digital de Materiais de Pesquisa (DRMR) da WUSTL doi: https://doi.org/10.7936/6RXS-108249
Caracterização espectral da água A água, um dos absorvedores biológicos mais comuns, tem picos característicos e altamente absorventes no NIR e SWIR. Esses picos característicos são tão fortes que, ao medir a absorbância da água, ela geralmente deve ser diluída com água deuterada para evitar a saturação. A diferença na absorbância entre água e água deuterada é mostrada na Figura 3, destacando mais de uma ordem de magnitude de aumento na absorbância de água em relação à água deuterada. A forte absorção de água no SWIR também dificulta a obtenção dos espectros de absorção de outros absorvedores biológicos que contêm água na amostra ou que usam água como solvente e referência. Como solução para este problema, água deuterada pode ser usada em vez de água. A água deuterada age de maneira semelhante à água, sendo um absorvedor SWIR muito mais fraco, tornando-a um substituto ideal para a água nas medições de espectroscopia SWIR.
Para medir o espectro de absorção da água, a água foi usada como amostra e a água deuterada como referência. Para evitar a saturação no SWIR, a amostra foi diluída com água deuterada na região SWIR. O espectro de absorção de água resultante mostra baixa absorção no VIS, que aumenta em comprimentos de onda mais longos. Picos de absorção característicos podem ser vistos em aproximadamente 750 nm, 970 nm, 1.200 nm e 1.450 nm (Figura 4). O espectro de água resultante tem um SNR de 3536,6 e foi comparado ao espectro de absorção de água20 de Hale e Querry, mostrando uma curva de absorção semelhante de ~ 500 nm a 1.600 nm. No entanto, de 400 a 500 nm, as curvas de absorção diferem, com Hale e Querry mostrando um valor de absorbância mais alto em comprimentos de onda mais baixos. Essa diferença pode ser devido a pequenas partículas residuais na água que terão maior dispersão em comprimentos de onda mais curtos em comparação com comprimentos de onda mais longos3 e pode invalidar as suposições de não dispersão nas medições de absorção baseadas na lei de Beer-Lambert.
Caracterização espectral da melanina A melanina, o principal absorvedor óptico da pele, foi espectralmente caracterizada usando melanina em pó como amostra e DMSO como solvente e referência. O espectro resultante tem uma SNR de 172 e foi comparado aos dados de eumelanina de Sarna et al.21,22 e Crippa et al.23 (Figura 5). A eumelanina é o principal pigmento responsável pela cor da pele e, portanto, fornece os dados mais precisos sobre como a melanina afetará os dispositivos ópticos. O espectro coletado usando o protocolo aqui descrito mostra alta correlação com esses valores da literatura.
Caracterização espectral do óleo de milho Para investigar o espectro de absorção de um lipídio, o óleo de milho foi escolhido devido ao seu mínimo espalhamento óptico quando comparado a outros lipídios e sua conhecida semelhança na composição química com as gorduras animais1. Para tomar o espectro de absorção do óleo de milho, o óleo de milho foi usado como amostra com ar como referência. Como visto na Figura 6, o espectro de óleo de milho contém picos característicos em aproximadamente 930 nm, 1.210 nm e 1.410 nm. O espectro de óleo de milho resultante tem um SNR de 10363,1 e foi sobreposto ao espectro de óleo de milho1 de Cao et al., mostrando uma forte correlação.
Caracterização espectral da hemoglobina oxigenada e desoxigenada Embora a caracterização da absorção de hemoglobina oxigenada e desoxigenada seja um dos feitos mais importantes na óptica biomédica, seus espectros de absorção abrangendo o VIS ao SWIR permanecem pouco compreendidos. Um dos aspectos mais desafiadores da determinação do espectro de absorção da hemoglobina oxigenada e desoxigenada no SWIR é a remoção da água no sangue, o que sobrecarrega a absorção relativamente pequena de hemoglobina. Para desembaraçar a absorbância da hemoglobina e da água, a hemoglobina foi primeiro isolada do sangue total humano usando centrifugação e o sobrenadante foi removido e substituído por água deuterada. A água deuterada também foi usada como referência e solvente em que a hemoglobina foi reconstituída para causar explosão hipotônica. Conforme mostrado na Figura 3, a água deuterada tem uma absorção óptica muito menor do que a água, tornando-a um solvente ideal e referência para medições de absorção SWIR. O espectro de hemoglobina oxigenada resultante abrange o VIS até o SWIR com um SNR de 23118,7 e correspondeu muito de pertoao espectro de  hemoglobina oxigenada 4 publicado por Prahl (Figura 7). No VIS, o espectro da hemoglobina oxigenada mostra alta absorção com picos de absorção característicos em aproximadamente 415 nm e um pico duplo de aproximadamente 540 a 575 nm. No NIR, o espectro da hemoglobina oxigenada mostra um pico característico abrangendo uma faixa mais ampla de comprimentos de onda, aproximadamente 800 nm a 1.100 nm. No SWIR, a absorção de hemoglobina é baixa. No entanto, de aproximadamente 1.400 nm a 1.600 nm, o espectro da hemoglobina apresenta maior absorção com picos, provavelmente devido à água na hemoglobina que não pôde ser totalmente removida durante o processo de centrifugação.
Para hemoglobina desoxigenada, o ditionito de sódio foi adicionado à solução de hemoglobina para introduzir a dissociação do dioxigênio da hemoglobina oxigenada e converter a amostra em hemoglobina desoxigenada. O espectro resultante tem uma SNR de 9813,9 e foi comparado com o espectro de hemoglobina desoxigenada de Prahl e mostra uma correlação muito forte entre 400 nm e 1.000 nm4  (Figura 8). O espectro de hemoglobina desoxigenada resultante mostra picos de absorção característicos em aproximadamente 430 nm, 560 nm e 760 nm. Depois disso, a absorção de hemoglobina desoxigenada cai, mas contém picos de absorção menores em torno de 1.200 nm e de 1.400 nm a 1.600 nm. A absorbância entre 1.400 e 1.600 nm é provavelmente devido à água que não foi totalmente removida da amostra de hemoglobina durante o processo de centrifugação.
Comparação de absorvedores biológicos do VIS-SWIR Os espectros completos do VIS-SWIR de todos os absorvedores biológicos caracterizados neste protocolo são mostrados na Figura 9, dimensionados com base em sua concentração biológica no tecido2, que destacam as diferenças espectrais distintas entre os absorvedores biológicos. Por exemplo, melanina, hemoglobina oxigenada e hemoglobina desoxigenada têm forte absorção característica no VIS que geralmente diminui com o comprimento de onda, enquanto a água e os lipídios mostram picos característicos no NIR e SWIR. No tecido biológico, a combinação de diminuições na melanina e hemoglobina, bem como diminuições no espalhamento óptico, proporcionam maior profundidade de penetração óptica no NIR e SWIR. Além disso, a absorção reduzida de melanina do NIR e do SWIR permite a investigação óptica de hemoglobina oxigenada e desoxigenada, lipídios e água com efeitos mínimos devido à pigmentação da pele.
<img alt="Espectros de absorbância de cromóforos biológicos, gráfico comparando melanina, HbO2, Hb, lipídio, água." class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/67403/67403fig01.jpg" data-altupdatedat="1754922859000" data-alt="Figure 1"> 
Figura 1: Espectros publicados anteriormente de absorvedores biológicos comuns através do UV ao SWIR. Os espectros de hemoglobina oxigenada e desoxigenada foram plotados usando dados de Prahl4. O espectro de melanina foi plotado usando dados de Sarna21 e Crippa23. O espectro lipídico foi plotado usando dados de van Veen24. O espectro da água foi plotado usando dados de Hale e Querry20. Abreviatura: SWIR = infravermelho de ondas curtas. <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/67403/67403fig01large.jpg" target="_blank">Clique aqui para ver uma versão maior desta figura.</a>
<img alt="Amostra de sangue de laboratório em frasco vermelho, análise bioquímica, configuração de experimentos de pesquisa médica." class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/67403/67403fig02.jpg" data-altupdatedat="1754922859000" data-alt="Figure 2"> 
Figura 2: Foto do sobrenadante e do grânulo vermelho do sangue total centrifugado. <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/67403/67403fig02large.jpg" target="_blank">Clique aqui para ver uma versão maior desta figura.</a>
<img alt="Espectros de absorbância de água em escala logarítmica vs. linear; gráfico mostrando água deuterada de O'Brien." class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/67403/67403fig03.jpg" data-altupdatedat="1754922859000" data-alt="Figure 3"> 
Figura 3: Comparação do espectro de absorbância da água e da água deuterada coletada com configurações de aquisição idênticas na escala de absorbância logarítmica (esquerda) e linear (direita). <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/67403/67403fig03large.jpg" target="_blank">Clique aqui para ver uma versão maior desta figura.</a>
<img alt="Gráfico de espectro de absorbância de água Milli-Q; comparação de comprimento de onda vs absorbância, análise fotônica." class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/67403/67403fig04.jpg" data-altupdatedat="1754922859000" data-alt="Figure 4"> 
Figura 4: Comparação do espectro de absorbância de água adquirido usando os métodos aqui descritos versus Hale e Querry20. <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/67403/67403fig04large.jpg" target="_blank">Clique aqui para ver uma versão maior desta figura.</a>
<img alt="Gráfico do espectro de absorbância de melanina comparando a melanina OBrien com a eumelanina Sarna e Crippa." class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/67403/67403fig05.jpg" data-altupdatedat="1754922859000" data-alt="Figure 5"> 
Figura 5: Comparação do espectro de absorbância de melanina adquirido usando os métodos aqui descritos versus Sarna et al.21,22 e Crippa et al.23. <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/67403/67403fig05large.jpg" target="_blank">Clique aqui para ver uma versão maior desta figura.</a>
<img alt="Espectro de absorbância de óleo de milho vs Berezin, análise espectral, gráfico, medição óptica." class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/67403/67403fig06.jpg" data-altupdatedat="1754922859000" data-alt="Figure 6"> 
Figura 6: Comparação do espectro de absorbância de óleo de milho adquirido usando os métodos aqui descritos versus Cao et al.1. <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/67403/67403fig06large.jpg" target="_blank">Clique aqui para ver uma versão maior desta figura.</a>
<img alt="Gráfico do espectro de absorbância da hemoglobina oxigenada; análise espectral; comprimento de onda vs absorbância." class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/67403/67403fig07.jpg" data-altupdatedat="1754922859000" data-alt="Figure 7"> 
Figura 7: Comparação do espectro de absorbância da hemoglobina oxigenada adquirida usando os métodos aqui descritos versus Prahl4. Características espectrais de 1.400 a 1.600 nm provavelmente atribuídas à água residual na amostra. <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/67403/67403fig07large.jpg" target="_blank">Clique aqui para ver uma versão maior desta figura.</a>
<img alt="Espectro de absorbância de hemoglobina desoxigenada; gráfico comparando os dados de OBrien e Prahl (comprimento de onda vs absorbância)." class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/67403/67403fig08.jpg" data-altupdatedat="1754922859000" data-alt="Figure 8"> 
Figura 8: Comparação do espectro de absorbância da hemoglobina desoxigenada adquirida pelos métodos aqui descritos versus Prahl4. Características espectrais de 1.400 a 1.600 nm provavelmente atribuídas à água residual na amostra. <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/67403/67403fig08large.jpg" target="_blank">Clique aqui para ver uma versão maior desta figura.</a>
<img alt="Gráfico de espectros de absorbância; absorvedores biológicos; Hb, HbO₂, melanina; comprimento de onda vs. absorbância." class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/67403/67403fig9v3.jpg" data-altupdatedat="1754922859000" data-alt="Figure 9"> 
Figura 9: Espectros VIS-SWIR de absorvedores biológicos comuns. Abreviatura: VIS-SWIR = infravermelho visível de ondas curtas. <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/67403/67403fig9v2large.jpg" target="_blank">Clique aqui para ver uma versão maior desta figura.</a>

Caracterização de espectros de absorção biológica abrangendo o visível ao infravermelho de ondas curtas

For noninvasive light-based physiological monitoring, optimal wavelengths of individual tissue components can be identified using absorption spectroscopy. ...

characterization-biological-absorption-spectra-spanning-visible-to

Research

JoVE Journal

Bioengineering

Bioengenharia

SOM está subjacente a muitos processos e funções do solo, mas sua caracterização por espectroscopia FTIR é frequentemente desafiada por interferências de minerais. O método descrito pode aumentar a utilidade da análise SOM por espectroscopia FTIR subtraindo mineral interferências nos espectros de solo utilizando empiricamente obtidos espectros de referência mineral.

Melhorando a espectroscopia de infravermelho de caracterização da matéria orgânica do solo com subtrações espectrais

Este é um passo-a-passo mostrando o objetivo, funcionamento e resultados representativos do espectrômetro de força gravitacional romance.

Demonstrar os usos do Spectrometer Novel Força Gravitacional para esticar e Medida Proteínas fibrosas

Nanopartículas fluorescentes produzidas em nosso laboratório são usados ​​para concentrações de íons de imagem e fluxos de íons em sistemas biológicos como as células durante o fluido intersticial durante sinalização e homeostase fisiológica.

Nanopartículas fluorescentes para a medição da concentração de íons em Sistemas Biológicos

Um biorreator pressão cíclica capaz de submeter o tecido de válvula cardíaca em condições de pressão fisiológicos e patológicos tem sido projetado. Um programa LabVIEW permite aos usuários controlar a pressão magnitude amplitude e frequência. Este dispositivo pode ser usado para estudar a mechanobiology do tecido cardíaco válvula ou células isoladas.

Projeto de um biorreator de pressão cíclica para o Ex Vivo Estudo de válvulas cardíacas Aórtica

Colóides de ouro Alkanethiolate estabilizado conhecidos como clusters monocamada protegidas (PPM) são sintetizados, caracterizados, e montada em filmes finos como uma interface para a adsorção eletroquímica proteína monocamada de proteína redox simples,...

Síntese, Assembléia e Caracterização de monocamada Protected Films nanopartículas de ouro para Eletroquímica monocamada Protein

Apesar das propriedades mecânicas excelentes e bioquímicos da aranha sedas, este material não pode ser colhido em grandes quantidades por meios convencionais. Aqui nós descrevemos uma estratégia eficiente para produzir fibras de seda de aranha artificial, que é um processo importante para os investigadores que estudam a produção de seda de aranha e sua utilização como a próxima geração de biomateriais.

Produção de seda sintética Aranha em escala de laboratório

Um método bidimensional de cromatografia gasosa e espectrometria de massa por tempo de voo é descrito para caracterização da fração aquosa de bio-crude produzido a partir da liquefação hidrotermal de algas. Este protocolo também pode ser empregado para analisar a fração aquosa de produtos líquidos de pirólise rápida, pirólise rápida catalítica, desoxigenação catalítica e hidrotratamento.

Caracterização qualitativa da fração aquosa de Hydrothermal Liquefação de algas por cromatografia gasosa 2D com Time-of-flight Espectrometria de Massa

É descrito um protocolo para a fabricação de dispositivos microfluídicos plástico com vista-portas transparentes para a imagem latente de luz visível e infravermelho.

Procedimento litográfico macio para a produção de dispositivos microfluídicos plástico com vista-portas transparentes à luz visível e infravermelho

Deteção de endotoxinas em nanomateriais engenharia representa um dos grandes desafios no campo da nanomedicina. Aqui, apresentamos um estudo de caso que descreve a estrutura composta por três diferentes formatos LAL para estimar a contaminação potencial de endotoxinas em nanopartículas.

Deteção da endotoxina em Nano-formulações usando Limulus Amoebocyte Lysate (LAL) ensaios

Um método confiável e facilmente reprodutível para a preparação de nanoaglomerados de ouro fotoluminescentes funcionais e quase infravermelhos e sua detecção direta dentro das células HeLa por citometria de fluxo e microscopia de varredura a laser confocal é descrito.

Síntese de nanoaglomerados de ouro emissor próximos para aplicações biológicas

Aprenda a caracterizar espectros de absorção biológica VIS-SWIR usando hemoglobina oxigenada e desoxigenada. Este método simplifica a aquisição de dados espectrais para diagnósticos de saúde materna.

Caracterização de espectros de absorção biológica abrangendo o visível ao infravermelho de ondas curtas

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