Характеристика спектров биологического поглощения, охватывающих видимый и коротковолновый инфракрасный

Наша лаборатория разрабатывает световые инструменты, которые предоставляют диагностическую информацию для приложений в области охраны материнства. Мы часто используем оптическую спектроскопию из-за множества информации, связанной со здоровьем, которую она может предоставить неинвазивным способом, например, для мониторинга оксигенации крови и концентрации гемоглобина, которые являются важными физиологическими параметрами для мониторинга во время беременности. Некоторые растворители в воде с твердыми частицами обладают сильной абсорбцией, которая может затмевать интересующие растворенные вещества.

Кроме того, спектры, охватывающие область VIS-SWIR, часто имеют большие различия в поглощении в разных диапазонах длин волн, и нам приходится изменять экспериментальные настройки для разных областей для получения высоких спектров SNL. Сложность получения биологических спектров VIS-SWIR способствовала ограничению опубликованных спектров биологического поглощения, и мы стремимся упростить этот процесс. Кроме того, более глубокое понимание конкретных спектральных характеристик каждого биологического компонента поможет выбрать оптимальные длины волн, которые могут свести к минимуму смещение пигментации кожи, вызванное сильным поглощением меланина.

Мы надеемся, что наш протокол позволит исследователям расширить существующую библиотеку биологических поглотителей VIS-SWIR. Эти результаты также подчеркивают влияние меланина на оптические устройства в зависимости от длины волны и могут быть использованы для разработки систем с минимальным смещением пигментации кожи, таких как SWIR. Чтобы получить образец насыщенного кислородом гемоглобина из цельной гепаринизированной крови человека, пипетку 1,8 миллилитра крови в микроцентрифужную пробирку.

Центрифугируйте пробирку при плотности 9,6 г в течение 10 минут и выбросьте примерно 850 микролитров надосадочной жидкости, не потревожив гранулу. Восстановите гранулу примерно в 850 микролитрах дейтерированной воды и снова центрифугируйте при плотности 9,6 г в течение 10 минут. После последнего центрифугирования, чтобы лизировать эритроциты, восстановите гранулы эритроцитов с помощью 4,5 миллилитров дейтерированной воды.

Если гранула прилипает к трубке, промойте ее порцией дейтерированной воды, чтобы разрыхлить ее. С помощью иглы с тупым концом и шприца извлеките из пробирки лизированный раствор крови. Затем отсоедините иглу с тупым концом от шприца и выбросьте ее в контейнер для биологически опасных острых предметов.

Затем присоедините к шприцу фильтр диаметром 0,22 микрометра и отфильтруйте содержимое в 10-миллиметровый путь, стакан объемом 3,5 миллилитра или кварцевую кювету. Закрепите кювету герметичной пробкой, чтобы предотвратить загрязнение. Оберните парапленку вокруг пробки, чтобы обеспечить полную герметичность.

Подготовьте эталон, заполнив чистую кювету с той же траекторией, длиной и объемом дейтерированной водой для исходных и контрольных измерений. Чтобы приготовить образец дезоксигенированного гемоглобина, добавьте дитионит натрия в раствор крови в кювете. Закрепите кювету герметичной пробкой и оберните парапленкой вокруг пробки, чтобы обеспечить герметичное прилегание.

Осторожно наклоняйте кювету из стороны в сторону до полного растворения дитионита натрия. Наблюдайте за изменением цвета раствора крови с красного на более темный фиолетово-красный. Для начала включите лампу спектрометра и детекторы, дав системе прогреться в течение 5-20 минут.

Очистите кюветы этанолом с помощью салфетки Kimwipe. Для двухлучевого спектрометра поместите кюветы, заполненные дейтерированной водой в качестве эталонного раствора, как в камеру для образца, так и в контрольную камеру. Выберите подходящий диапазон длин волн и детектор в зависимости от измеряемой области спектра.

Получение эталонных измерений с использованием параметров по умолчанию. Затем замените кювету в камере для образца на кювету, содержащую насыщенный кислородом гемоглобин. Переключитесь в режим реального времени, чтобы непрерывно просматривать поглощение по мере настройки параметров измерения.

Начиная с параметров спектрометра по умолчанию, отрегулируйте показания на датум и ширину полосы для получения качественно чистого спектра поглощения без насыщения. Если изменение мощности падающего света, ширины полосы пропускания, времени экспозиции и считывания на датум не приводит к высокому спектру отношения сигнал/шум, измените концентрацию образца, поместив эталонную кювету либо в образец, либо в контрольную камеру, либо в длину пути образца и эталона, чтобы получить спектр с высоким отношением сигнал/шум. После того, как настройки оптимизированы для образца, задокументируйте настройки для каждого полученного спектра.

Используя оптимизированные настройки, повторите измерение, используя те же настройки, что и эталонный раствор в эталонной камере и камере образца, чтобы получить оптимизированное эталонное измерение. Затем замените эталонную кювету в камере для образцов на кювету для образца с кислородонасыщенным гемоглобином и проведите оптимизированное измерение образца. Сохраните эталонные и выборочные измерения по отдельности.

Используя следующее уравнение, рассчитайте поглощение A, рассматривая эталонное измерение как I0, а измерение образца как I. Для постобработки используйте открытое программное обеспечение для анализа данных, такое как MATLAB, и загрузите измерения поглощения, полученные из разных областей спектра. Примените коэффициент умножения к одной спектральной области, чтобы сшить разные области с различной концентрацией образцов или длиной пути. Спектр насыщенного кислородом гемоглобина показал сильную корреляцию с опубликованным Праль спектром, с отчетливыми пиками поглощения на 415 нанометрах и дублетом от 540 до 575 нанометров в видимой области, а также широкой характеристикой поглощения между 800 и 1,100 нанометрами в ближнем инфракрасном диапазоне.

В коротковолновой инфракрасной области. Насыщенный кислородом спектр гемоглобина показал низкую абсорбцию, вероятно, из-за содержания остаточной воды. Спектр дезоксигенированного гемоглобина показал сильную корреляцию со спектром Праль, с заметными пиками на 430 нанометров, 560 нанометров и 760 нанометров, а также меньшими пиками около 1200 нанометров и между 1400 и 1600 нанометрами.