Abstract
फोटो थर्मल कोणीय प्रकाश बिखरने (पीटी-एएस) रक्त के नमूनों की हीमोग्लोबिन एकाग्रता ([एचबी]) को मापने के लिए एक उपन्यास ऑप्टिकल विधि है। हीमोग्लोबिन अणुओं की आंतरिक photothermal प्रतिक्रिया के आधार पर, सेंसर उच्च संवेदनशीलता, [एचबी] के रसायन मुक्त माप सक्षम बनाता है। [एचबी] 0.35 की सीमा पर 0.12 g / डीएल की एक सीमा के साथ पता लगाने की क्षमता - 17.9 ग्राम / डीएल पहले से प्रदर्शित किया गया है। विधि को आसानी से एक ऐसी लेजर सूचक और एक वेब कैमरा के रूप में सस्ती उपभोक्ता इलेक्ट्रॉनिक उपकरणों का उपयोग कर कार्यान्वित किया जा सकता है। एक रक्त कंटेनर के रूप में एक माइक्रो केशिका ट्यूब का उपयोग भी एक nanoliter पैमाने पर रक्त की मात्रा और एक कम परिचालन लागत के साथ हीमोग्लोबिन परख सक्षम बनाता है। इधर, पीटी के रूप में ऑप्टिकल सेटअप और सिग्नल प्रोसेसिंग प्रक्रियाओं के लिए विस्तृत निर्देश प्रस्तुत कर रहे हैं। प्रयोगात्मक प्रोटोकॉल और खून की कमी की स्थिति में रक्त के नमूनों के लिए प्रतिनिधि परिणाम ([एचबी] = 5.3, 7.5, और 9.9 ग्राम / डीएल) भी प्रदान की जाती हैं, और माप उन इधर-उधर के साथ तुलना कर रहे हैंएमए रुधिर विश्लेषक। कार्यान्वयन और आपरेशन में अपनी सादगी नैदानिक प्रयोगशालाओं और संसाधन सीमित सेटिंग्स में अपने व्यापक गोद लेने में सक्षम होना चाहिए।
Introduction
एक रक्त परीक्षण आमतौर पर समग्र मानव स्वास्थ्य मूल्यांकन करने के लिए और कुछ बीमारियों से संबंधित बायोमार्कर का पता लगाने के लिए किया जाता है। उदाहरण के लिए, रक्त में कोलेस्ट्रॉल एकाग्रता hyperlipidemia के लिए एक कसौटी है, जो बारीकी से हृदय रोगों और pancreatitis से संबंधित है के रूप में कार्य करता है। रक्त ग्लूकोज सामग्री, अक्सर मापा जाना चाहिए के रूप में ग्लूकोज के स्तर में इस तरह के मधुमेह ketoacidosis और hyperglycemic hyperosmolar सिंड्रोम के रूप में जटिलताओं के साथ जुड़ा हुआ है। जैसे मलेरिया, मानव इम्यूनो वायरस और एक्वायर्ड इम्यून डेफिसिएंसी सिंड्रोम के रूप में गंभीर बीमारियों रक्त परीक्षाओं से निदान कर रहे हैं, और एरिथ्रोसाइट्स, thrombocytes सहित रक्त घटकों की मात्रा का ठहराव, और ल्यूकोसाइट्स अग्नाशय और गुर्दे की बीमारियों की स्क्रीनिंग के लिए सक्षम बनाता है।
हीमोग्लोबिन (एचबी), रक्त का एक महत्वपूर्ण घटक है, एरिथ्रोसाइट्स के बारे में 96% बनाता है, और मानव अंगों को ऑक्सीजन transports। अपने जन एकाग्रता की महत्वपूर्ण परिवर्तन ([एचबी]) ने मुझे संकेत हो सकता हैtabolic परिवर्तन, Hepatobiliary रोग, और, स्नायविक हृदय और endocrinological विकारों 1। [एचबी] इसलिए नियमित रूप से रक्त परीक्षण में मापा जाता है। विशेष रूप से, खून की कमी के रोगियों को डायलिसिस रोगियों, और गर्भवती महिलाओं में मजबूती के लिए एक महत्वपूर्ण कार्य के रूप में 2 [एचबी] की निगरानी के लिए सिफारिश कर रहे हैं।
विभिन्न [एचबी] तरीकों का पता लगाने और इस प्रकार विकसित किया गया है। हीमोग्लोबिन साइनाइड विधि, [एचबी] मात्रा का ठहराव के लिए सबसे आम तकनीकों में से एक, कार्यरत पोटेशियम साइनाइड (KCN) एरिथ्रोसाइट्स 3 के लिपिड bilayer नष्ट करने के लिए। साइनाइड हीमोग्लोबिन 540 एनएम के आसपास रासायनिक दर्शाती उच्च अवशोषण द्वारा उत्पादित; इसलिए, [एचबी] माप वर्णमिति विश्लेषण के माध्यम से किया जा सकता है। इस विधि को व्यापक रूप से अपनी सादगी के कारण कार्यरत है, लेकिन कार्यरत रसायन (जैसे, KCN और dimethyllaurylamine ऑक्साइड) मानव और पर्यावरण को विषाक्त कर रहे हैं। hematocrit योजना लाल रक्त कोशिकाओं की मात्रा के अनुपात कुल रक्त खंड की तुलना के उपायकेन्द्रापसारक जुदाई के माध्यम से Ume; हालांकि यह एक अपेक्षाकृत बड़े रक्त की मात्रा (50-100 μl) 4 की आवश्यकता है। Spectrophotometry तरीकों के उपाय [एचबी] किसी भी रसायनों के बिना ठीक है, लेकिन कई तरंग दैर्ध्य और एक बड़ी रक्त की मात्रा में माप 5,6 आवश्यक हैं। इसी तरह, [एचबी] को मापने के लिए कई तरीकों ऑप्टिकल प्रकाश बिखरने के आधार पर पता लगाने के तरीकों सहित प्रस्तावित किया गया है, लेकिन उनके माप accuracies सैद्धांतिक रक्त मॉडल की सटीकता पर दृढ़ता से निर्भर करते हैं।
इन सीमाओं को पार करने के लिए, [एचबी] का पता लगाने के एचबी photothermal (पीटी) प्रभाव पर आधारित विधियों हाल ही में 7 प्रस्ताव किया गया है। एचबी, जो मुख्य रूप से लोहे के आक्साइड से बना है, 532 एनएम पर प्रकाश अवशोषित और गर्मी 8-10 में प्रकाश ऊर्जा में बदल देता है। इस पीटी तापमान में वृद्धि रक्त के नमूनों के अपवर्तनांक (आरआई) में एक परिवर्तन को मापने के द्वारा ऑप्टिकली का पता लगाया जा सकता है। Yim एट अल। नियोजित वर्णक्रमीय डोमेन ऑप्टिकल जुटना reflectometry एक रक्त युक्त कक्ष 11 में पीटी ऑप्टिकल पथ लंबाई परिवर्तन को मापने के लिए। हालांकि विधि रसायन मुक्त और प्रत्यक्ष [एचबी] माप सक्षम बनाता है, एक स्पेक्ट्रोमीटर का इस्तेमाल करते हैं और एक इंटरफेरोमेट्रिक व्यवस्था अपने miniaturization बाधा हो सकती है। हमने हाल ही में एक विकल्प [एचबी] का पता लगाने विधि प्रस्तुत किया, फोटो थर्मल कोणीय प्रकाश बिखरने (पीटी-एएस) सेंसर, जो डिवाइस miniaturization 12 के लिए अधिक उपयुक्त है करार दिया। पीटी के रूप में सेंसर वापस बिखरने इंटरफेरोमेट्री (बीएसआई) के उच्च आरआई संवेदनशीलता एक केशिका ट्यूब के अंदर रक्त के नमूने की आरआई में पीटी परिवर्तन को मापने के कारनामे। बीएसआई विभिन्न समाधान 13-15 आरआई को मापने के लिए और मुक्त समाधान 16 में जैव रासायनिक बातचीत की निगरानी के लिए उपयोग किया गया है। पीटी के रूप में सेंसर बीएसआई के रूप में समान ऑप्टिकल व्यवस्था को रोजगार, लेकिन रक्त के नमूनों में आरआई के पीटी वृद्धि को मापने के लिए photothermal उत्तेजना सेटअप को जोड़ती है। बीएसआई और पीटी के रूप में सेंसर के ऑपरेटिंग सिद्धांतों विस्तार में कहीं वर्णित हैं
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Protocol
रक्त के नमूनों के साथ प्रयोग प्रासंगिक कानूनों और संस्थागत दिशा निर्देशों के अनुपालन में प्रदर्शन किया गया। नमूने है कि अधिग्रहण किया गया था और संस्था में क्लिनिकल परीक्षणों में संसाधित अवशिष्ट रक्त के नमूने थे।
1. पीटी के रूप में ऑप्टिकल सेटअप
नोट: एक एक प्रारंभिक पीटी के रूप में स्थापना के लिए एक खाली सूक्ष्म केशिका ट्यूब का उपयोग कर सकते हैं।
- 200 और 330 माइक्रोन, क्रमशः के भीतरी और बाहरी व्यास के साथ एक खाली सूक्ष्म केशिका ट्यूब, और एक केशिका ट्यूब स्थिरता पर ~ 5 से अधिक सेमी की लंबाई माउंट। व्यावसायिक रूप से उपलब्ध फाइबर जुड़नार ट्यूब स्थिरता के रूप में इस्तेमाल किया जा सकता है।
- सुरक्षित रूप से एक 650 एनएम लेजर सूचक लंगर, यानी, प्रकाश स्रोत की जांच, केशिका ट्यूब रोशन करने के लिए। जांच किरण केशिका ट्यूब से भी बड़ा होना चाहिए। एक स्क्रीन (जैसे, सफेद कागज) केशिका ट्यूब के पीछे एक कोणीय आवधिक पैटर्न का पालन करने के लिए रखें।
- पता लगाने के भाग के लिए, एक वेब कैमरा में किसी भी लेंस को दूर सीधे scatt पर कब्जा करने के लिएपैटर्न ering। 25-35 ° जांच किरण दिशा के सापेक्ष के कोण पर केशिका ट्यूब के पीछे वेब कैमरा स्थिति। सुनिश्चित करें कि कोणीय आवधिक पैटर्न केशिका ट्यूब द्वारा उत्पादित डिटेक्टर (चित्रा 1) के साथ मापा जा सकता है। छवि संवेदक के बीच में कोणीय आवधिक पैटर्न का पालन जब छवि सेंसर ठीक से तैनात है।
- एक 532 एनएम पीटी उत्तेजना प्रकाश स्रोत केशिका ट्यूब रोशन करने के लिए स्थिति। किसी भी कोण पर पीटी प्रकाश स्रोत की स्थिति है, जब तक पीटी उत्तेजना प्रकाश केशिका ट्यूब पर जांच किरण के साथ overlaps और सीधे डिटेक्टर तक पहुँच नहीं है के रूप में। के रूप में यह आरआई में एक बड़ा परिवर्तन करने के लिए सुराग उच्च ऑप्टिकल शक्ति का उपयोग करते हुए आम तौर पर रक्त के नमूनों की पीटी उत्तेजना, पीटी के रूप में संवेदनशीलता को बेहतर बनाता है।
- कार्यरत पीटी उत्तेजना प्रकाश स्रोत के उच्चतम ऑप्टिकल शक्ति का प्रयोग करें। इसके अलावा, यह सुनिश्चित करें कि पीटी उत्तेजना प्रकाश केशिका ट्यूब पर जांच प्रकाश overlaps। पीटी उत्तेजना प्रकाश की एक किरण के आकार का उपयोग करेंकम से कम दो बार जांच के प्रकाश की है कि पूरे मामले की जांच की मात्रा गर्मी।
- 532 एनएम प्रकाश ब्लॉक और केवल 650 एनएम जांच प्रकाश को मापने के लिए डिटेक्टर के सामने एक लंबे पास फिल्टर रखें।
- केशिका ट्यूब रोशन से पहले पीटी उत्तेजना प्रकाश की राह में एक ऑप्टिकल हेलिकॉप्टर को स्थापित करें। ऑप्टिकल हेलिकॉप्टर पीटी उत्तेजना प्रकाश की तीव्रता मिलाना के लिए कार्यरत है।
2. रक्त नमूना तैयार
- ethylenediaminetetraacetic एसिड रक्त नमूने ट्यूबों में खून की कमी की स्थिति में नए सिरे से पूरे रक्त के 6 मिलीलीटर ड्रा, और अच्छी तरह से नमूने मिश्रण। कोई अन्य संसाधन की आवश्यकता होती है।
- निष्कर्षण के 24 घंटा के भीतर पीटी के रूप में सेंसर का उपयोग कर जमावट को रोकने के लिए रक्त के नमूनों को मापने।
3. पीटी के रूप में माप प्रोटोकॉल
- मापने के लिए रक्त के नमूने के साथ एक सूक्ष्म केशिका ट्यूब लोड। रक्त रों में ट्यूब रखकर केशिका क्रिया के माध्यम से रक्त के साथ केशिका ट्यूब भरेंपर्याप्त। माप के लिए आवश्यक न्यूनतम नमूना मात्रा केशिका ट्यूब के भीतरी व्यास और जांच किरण आकार के द्वारा निर्धारित किया जाता है।
- 200 माइक्रोन की एक आंतरिक व्यास के साथ एक ट्यूब रोजगार। जांच किरण आकार प्रतिनिधि परिणामों में 2 मिमी था, सुझाव है कि माप> 63 nl का एक नमूना मात्रा के साथ किया जा सकता है।
- स्थिरता में नामित स्थिति में केशिका ट्यूब माउंट।
- 650 एनएम लेजर जांच को चालू खून से भरी हुई सूक्ष्म केशिका ट्यूब रोशन करने के लिए। कोणीय आवधिक पैटर्न वेब कैमरा के साथ मनाया जाना चाहिए।
- 532 एनएम पीटी उत्तेजना लेजर चालू करें ट्यूब रोशन करने के लिए।
- ऑप्टिकल हेलिकॉप्टर रन 2 हर्ट्ज पर पीटी उत्तेजना प्रकाश की तीव्रता मिलाना।
नोट: इस ऑपरेटिंग हालत के चयन के लिए तर्क चर्चा और किम एट अल में वर्णित है। 12।- ऑप्टिकल हेलिकॉप्टर की मोटर सिर विधानसभा में एक हेलिकॉप्टर पहिया माउंटप्रणाली।
- हेलिकॉप्टर नियंत्रण बॉक्स पर बारी, और कंसोल में नियंत्रण घुंडी का उपयोग मॉडुलन आवृत्ति सेट करने के लिए।
- हेलिकॉप्टर नियंत्रण घुंडी का उपयोग कर चला।
- एमपीईजी -4 (MP4) प्रारूप में 5 सेकंड के लिए वेब कैमरा के माध्यम से अस्थिर बिखरने पैटर्न रिकार्ड।
4. सिग्नल प्रोसेसिंग
नोट: पीटी के रूप में संकेत प्रसंस्करण के लिए एक प्रयोगशाला से विकसित MATLAB कोड का उपयोग किया गया था।
- वीडियो फ़ाइल छवियों को निकालने के लिए लोड। प्रत्येक छवि के लिए [एक प्रतिनिधि छवि के लिए चित्र 2 (क) देख], ऊर्ध्वाधर दिशा के साथ पिक्सेल मूल्यों का मतलब कंप्यूटिंग द्वारा औसतन बिखरने पैटर्न प्राप्त [चित्रा 2 (बी, सी)]।
- मूल्यांकन फूरियर औसतन बिखरने पैटर्न को बदलने की, और चोटी के स्थानिक आवृत्ति पर चरण की गणना। सभी रिकॉर्ड छवियों के सभी फ्रेम के लिए इन कार्यों को पूरा करें।
- सभी छवियों से प्राप्त चरण मूल्यों का प्रयोग, अस्थायी चरण की साजिशअस्थिरता [चित्रा 2 (घ)]। ध्यान दें कि चरण पीटी मॉडुलन आवृत्ति पर उतार चढ़ाव होता रहता। फूरियर मॉडुलन आवृत्ति पर इस समय क्षेत्र में चरण में उतार-चढ़ाव के बदलने, और परिमाण प्राप्त लो। इस संकेत के रूप में पीटी के रूप में संकेत करने के लिए भेजा जाता है [चित्रा 2 (ई)]।
- उपाय में अपनी पीटी के रूप में संकेत परिवर्तित करके एक खून का नमूना के [एचबी] अंशांकन वक्र है कि प्रोटोकॉल 5 में प्राप्त की है का उपयोग कर इसी [एचबी]।
5. पीटी अंशांकन
- रक्त के नमूने तैयार, [एचबी] मूल्यों है कि समान रूप से पीटी के रूप में सेंसर का पता लगाने रेंज में वितरित कर रहे हैं होने (जैसे, 0 - 18 ग्राम / डीएल)।
- अंशांकन से पहले, एक संदर्भ रुधिर विश्लेषक का उपयोग नमूनों की [एचबी] मूल्यों यों। उपाय के नमूनों की पीटी के रूप में संकेत है।
- एक रेखीय कम से कम वर्गों फिट प्रदर्शन से पीटी के रूप में संकेत करने के लिए [एचबी] संबंधित एक अंशांकन वक्र, [एचबी] = एक [पीटी के रूप में संकेत] + बी, Experimenta के निकाले जाते हैंएल का परिणाम है। परिचालन की स्थिति तालिका 1 में निर्दिष्ट के लिए, [एचबी] और पीटी के रूप में संकेत के बीच के रिश्ते [एचबी] होना पाया गया = 5.13 [पीटी के रूप में संकेत] - 0.09। रेखीय फिट प्रदर्शन करने के लिए MATLAB कोड का प्रयोग करें।
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Representative Results
एक हीमोग्लोबिन परख पीटी के रूप में सेंसर का उपयोग किया गया था, और इसकी माप एक रुधिर विश्लेषक से उन लोगों के साथ तुलना की गई। प्रयोग 1.4 डब्ल्यू / सेमी 2, 2 हर्ट्ज की पीटी मॉडुलन आवृत्ति, और माप 5 सेकंड के समय के एक पीटी उत्तेजना प्रकाश तीव्रता के साथ आयोजित किया गया। तालिका 1 प्रयोगात्मक शर्तों का सार। जांच और पीटी उत्तेजना प्रकाश की किरण आकार 5.5 और 2 मिमी, क्रमशः थे। वेब कैमरा के 30 एफपीएस एक फ्रेम दर पर छवियों दर्ज की गई। माप के लिए, तीन अलग अलग एचबी सांद्रता के साथ खून की कमी रक्त के नमूनों में कार्यरत थे। पीटी के रूप में माप से पहले, [एचबी] नमूने के मूल्यों को पहले 5.3, 7.5, और 9.9 जी / रुधिर विश्लेषक द्वारा डीएल के रूप में मापा गया।
चित्रा 3 (क) संग्राहक पीटी प्रकाश रोशनी के तहत कोणीय बिखरने पैटर्न के प्रतिनिधि समय चूक चरण में उतार-चढ़ाव चलता। गुजानकारी ले रही है फूरियर कोणीय बिखरने पैटर्न के बदलने और चोटी के स्थानिक आवृत्ति पर अस्थायी चरण में उतार-चढ़ाव को मापने के द्वारा प्राप्त किया गया था। एक उच्च [एचबी] प्रदर्शनी बड़ा चरण बदलाव के साथ ध्यान दें कि रक्त के नमूनों। इसी पीटी के रूप में संकेतों का मूल्यांकन किया और [एचबी] मूल्यों में परिवर्तित किया गया। ग्यारह माप प्रत्येक नमूना के लिए प्रदर्शन किया गया, और मतलब [एचबी] मूल्यों 5.46, 7.23, 9.85 और जी / डीएल, क्रमशः होना पाया गया है। रुधिर विश्लेषक का उपयोग कर प्राप्त उन लोगों के लिए अच्छी तरह से सहमत परिणाम [चित्रा 3 (ख)]। [एचबी] पीटी के रूप में सेंसर की माप सटीक होना पाया गया <0.89 g / dl। इस उतार-चढ़ाव के हिस्से में हो सकता है जांच मात्रा में एरिथ्रोसाइट्स और कार्यरत प्रकाश स्रोतों की तीव्रता में उतार-चढ़ाव की संख्या में उतार-चढ़ाव के हिसाब से। तालिका 2 रुधिर विश्लेषक से उन लोगों के खिलाफ पीटी के रूप में माप का एक विस्तृत तुलना प्रस्तुत करता है।
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चित्रा 1: पीटी के रूप में सेंसर के योजनाबद्ध। एक लेजर सूचक से 650 एनएम जांच प्रकाश एक खून से भरी हुई केशिका ट्यूब को निर्देश दिया है। प्रकाश तो खून से युक्त ट्यूब से बिखरे हुए है, एक वेबकैम पर एक आवधिक पैटर्न पैदा होता है। 532 एनएम प्रकाश, जिस पर एचबी अणुओं उच्च अवशोषण प्रदर्शन के साथ रोशनी पर, एचबी अणुओं प्रकाश ऊर्जा को अवशोषित और यह गर्मी में परिवर्तित। उसके एवज में तापमान वृद्धि के खून के आरआई बदलता है। क्योंकि कोणीय आवधिक पैटर्न आरआई और ट्यूब के शारीरिक आकार के साथ बदलता रहता है, [एचबी] रक्त में कोणीय आवधिक पैटर्न में इस पीटी पारी को मापने के द्वारा मात्रा निर्धारित है। एक ऑप्टिकल हेलिकॉप्टर [एचबी] एक उच्च संकेत करने वाली शोर अनुपात के साथ माप प्राप्त करने के लिए कार्यरत है। एक कम लागत प्लास्टिक लंबी पास फिल्टर केवल जांच के प्रकाश का पता लगाने के लिए वेब कैमरा के सामने स्थित है।कश्मीर "> यह आंकड़ा का एक बड़ा संस्करण देखने के लिए यहां क्लिक करें।
चित्रा 2: पीटी के रूप में संकेत प्रसंस्करण प्रक्रिया। (क) पर पीटी उत्तेजना प्रकाश और बंद के साथ प्रतिनिधि वेब कैमरा छवियों। कोणीय बिखरने पैटर्न एचबी अणुओं के पीटी प्रतिक्रिया की वजह से पाली। (ख) प्रत्येक छवि के साथ खड़ी (y) दिशा में औसतन पैटर्न प्राप्त करने के लिए औसत है। (ग) प्रतिनिधि पर पीटी उत्तेजना और बंद के साथ समय-समय पर पैटर्न औसत। (घ) के औसत आवधिक पैटर्न तो फूरियर तब्दील हो जाता है, और चोटी के स्थानिक आवृत्ति पर चरण समय के एक समारोह के रूप में जांच की है। संग्राहक पीटी प्रकाश रोशनी के तहत समय-समय पर पैटर्न के चरण मॉडुलन आवृत्ति पर उतार चढ़ाव होता रहता। (ई) मापा चरण फ्लूctuation फूरियर तब्दील हो जाता है, और इसकी भयावहता मॉडुलन आवृत्ति पर मूल्यांकन के लिए पीटी के रूप में संकेत के रूप में, [एचबी] में बदल जाता है के लिए भेजा। यह आंकड़ा का एक बड़ा संस्करण देखने के लिए यहां क्लिक करें।
चित्रा 3: खून की कमी रक्त के नमूनों की पीटी के रूप में माप। (क) में खून की कमी की स्थिति में तीन रक्त के नमूने ([एचबी] = 5.3, 7.5, और 9.9 ग्राम / डीएल) के लिए मापा कोणीय बिखरने पैटर्न के प्रतिनिधि चरण में उतार-चढ़ाव। उच्च [एचबी] मूल्यों के साथ रक्त के नमूने बड़ा चरण रूपों का उत्पादन। (ख) [एचबी] की तुलना संदर्भ रुधिर विश्लेषक से उन लोगों के साथ पीटी के रूप में सेंसर का उपयोग करके मापा मूल्यों। ग्यारह पीटी के रूप में माप प्रत्येक नमूना के लिए प्रदर्शन किया गया। ग़लती होनाया बार मानक विचलन को दर्शाता है। यह आंकड़ा का एक बड़ा संस्करण देखने के लिए यहां क्लिक करें।
| प्रयोगात्मक शर्तों | |
| पीटी मॉडुलन आवृत्ति | 2 हर्ट्ज |
| पीटी प्रकाश की तीव्रता | 1.4 डब्ल्यू / सेमी ² |
| पीटी किरण आकार | 5 मिमी |
| जांच किरण आकार | 2 मिमी |
| मापन समय | 5 सेकंड |
| फ़्रेम अधिग्रहण दर | 30 एफपीएस |
तालिका 1: Experimental की स्थिति।
| रुधिर विश्लेषक (ग्राम / डीएल) | पीटी के रूप में सेंसर | |
| मीन (g / डीएल) | एसडी (ग्राम / डीएल) | |
| 5.3 | 5.46 | 0.72 |
| 7.5 | 7.23 | 0.89 |
| 9.9 | 9.85 | 0.84 |
तालिका 2: रुधिर विश्लेषक द्वारा उन लोगों के साथ पीटी के रूप में संवेदक द्वारा माप की [एचबी] तुलना।
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Discussion
पीटी के रूप में सेंसर एक सब ऑप्टिकल विधि असंसाधित रक्त के नमूनों की प्रत्यक्ष [एचबी] मापन करने में सक्षम प्रतिनिधित्व करता है। विधि एरिथ्रोसाइट्स में हीमोग्लोबिन अणुओं की आंतरिक पीटी प्रतिक्रिया का उपयोग कर रक्त में [एचबी] quantifies। 532 एनएम प्रकाश द्वारा रोशनी के तहत, एचबी अणुओं प्रकाश ऊर्जा को अवशोषित और गर्मी का उत्पादन। उसके एवज में तापमान वृद्धि के खून का नमूना आरआई बदलता है। बीएसआई के उच्च आरआई संवेदनशीलता रक्त में इस आरआई परिवर्तन को मापने के लिए इस्तेमाल किया गया था। इससे पहले, हम दिखा दिया है कि पीटी के रूप में सेंसर .35-17.9 जी / डीएल, जो वाणिज्यिक [एचबी] बाजार पर सेंसर के बराबर है की सीमा पर 0.12 g / डीएल की एक सीमा का पता लगाने के साथ [एचबी] माप सक्षम बनाता है।
पीटी के रूप में सेंसर की एक उल्लेखनीय विशेषता यह है कि यह रक्त के नमूनों या रसायनों के किसी भी शर्त की आवश्यकता नहीं होती है। इसलिए, सेंसर प्रत्यक्ष, तेजी से (<5 सेकंड), और पर्यावरण के अनुकूल माप सक्षम बनाता है। एक नमूना शेष भाग के रूप में शीशे आधारित सूक्ष्म केशिका ट्यूब का उपयोगainer एक कम परिचालन लागत में [एचबी] परख सक्षम होना चाहिए। पीटी के रूप में सेंसर में न्यूनतम नमूना मात्रा केशिका ट्यूब के भीतरी व्यास और केशिका ट्यूब पर माप बीम आकार के द्वारा निर्धारित किया जाता है। यह ~ प्रतिनिधि परिणाम में 63 nl होने का अनुमान है। नमूना वाणिज्यिक उपकरणों में आवश्यक मात्रा की तुलना में (जैसे, संदर्भ रुधिर विश्लेषक के लिए 50-200 μl), पीटी के रूप में सेंसर [एचबी] माप एक काफी कम नमूना मात्रा के साथ सक्षम बनाता है। कई तेजी से और कम लागत [एचबी] पता लगाने की तकनीक 11,17,18 सूचना दी गई है, लेकिन अभी भी ऑपरेशन के लिए 2-10 μl का नमूना मात्रा की आवश्यकता होती है।
पीटी के रूप में सेंसर कार्यान्वयन के कई सुविधाओं का उल्लेख किया जाना चाहिए। एक यह सुनिश्चित करना चाहिए केशिका ट्यूब पर जांच प्रकाश किरण की है कि कम से कम दो बार है कि पीटी उत्तेजना प्रकाश किरण के आकार। दो प्रकाश मुस्कराते हुए, केशिका ट्यूब पर ओवरलैप चाहिए नहीं या वें पर दो प्रकाश बीम के आंशिक रूप ओवरलैपई ट्यूब या तो प्रतिक्रिया नहीं है या एक छोटे पीटी के रूप में परिणाम होगा। एक भी सुनिश्चित करें कि कोणीय बिखरने पैटर्न डिटेक्टर पर संतृप्त नहीं है बनाना चाहिए। क्षैतिज या ऊर्ध्वाधर दिशा आवश्यक हो सकता है साथ बिखरने पैटर्न उन्मुखीकरण का समायोजन; अन्यथा, अधिग्रहीत छवि सिग्नल प्रोसेसिंग चरण में घुमाया जाना चाहिए। नोट 532 एनएम पीटी उत्तेजना प्रकाश के प्रकीर्णन कि ट्यूब से भी डिटेक्टर पर एक कोणीय बिखरने पैटर्न उत्पन्न करता है। इस प्रकार, एक लंबे पास फिल्टर 532 एनएम प्रकाश ब्लॉक करने के लिए आवश्यक है। बड़ा इमेज सेंसर अधिक कोणीय आवधिक पैटर्न को दर्शाता है। फूरियर कोणीय पैटर्न को बदलने की इस प्रकार इसी स्थानिक आवृत्ति है, जो उच्च परिशुद्धता के साथ चरण माप की अनुमति देता है पर उच्च संकेत का उत्पादन होगा। इसके अलावा, एक उच्च फ्रेम दर आम तौर पर, एक बेहतर SNR के साथ एक पीटी के रूप में माप में परिणाम के रूप में यह अस्थायी चरण में उतार-चढ़ाव की अधिक नमूने लिए सक्षम बनाता जाएगा। इसलिए, एक उच्च पिक्सेल डी के साथ एक बड़े, उच्च गति छवि सेंसर का उपयोगensity फायदेमंद है।
कुछ टिप्पणियाँ भी माप समय और पीटी मॉडुलन आवृत्ति पर बनाया जाना चाहिए। किम एट अल में वर्णित है। 12, पीटी के रूप में संकेत फूरियर की भयावहता कोणीय बिखरने पैटर्न पीटी मॉडुलन आवृत्ति पर मापा के चरण में उतार-चढ़ाव का परिणत करने के लिए संदर्भित करता है। शोर परिभाषित किया गया है फूरियर के शिखर आयाम पीटी उत्तेजना 12 से पहले चरण माप के बदलने के रूप में। पीटी के रूप में संकेत के SNR शोर से पीटी के रूप में संकेत की भयावहता को विभाजित करके मूल्यांकन किया है। एक लंबे समय तक माप समय आम तौर पर एक उच्च SNR के साथ माप पैदावार, लेकिन कुल [एचबी] परख समय बढ़ जाती है। माप समय <1 जी / डीएल से [एचबी] रक्त के नमूनों के लिए भी एक SNR अधिक से अधिक 3 प्राप्त करने के लिए 5 सेकंड होना तय किया गया था। इष्टतम पीटी मॉडुलन आवृत्ति पीटी मॉडुलन आवृत्ति के एक समारोह के रूप में पीटी के रूप में सेंसर के SNR की जांच से पाया जा सकता है। प्रतिनिधि के लिए इष्टतम मॉडुलन आवृत्तिresentative परिणाम 2 हर्ट्ज हो पाया था। एक पीटी मॉडुलन आवृत्ति कम से कम 2 हर्ट्ज के साथ ऑपरेशन जैसे ऑप्टिकल हेलिकॉप्टर और कंपन के अत्यधिक गति के रूप में एक उच्च SNR कम आवृत्ति शोर के कारण उत्पादन नहीं किया था।
इस प्रदर्शन में, पीटी के रूप में सेंसर एक वाणिज्यिक लेजर सूचक और वेब कैमरा का उपयोग कर एक benchtop विन्यास में प्रदर्शन किया गया। ऑप्टिकल सेटअप सीधा है, और क्योंकि कोई रसायन शामिल हैं, माप प्रक्रियाओं को सरल कर रहे हैं। दूसरी ओर, यह जोर दिया जाना चाहिए कि सेंसर संभवतः एक कॉम्पैक्ट हाथ में डिवाइस में पैक किया जा सकता है। जांच और पीटी उत्तेजना के लिए प्रकाश स्रोतों कम लागत वाली लेजर डायोड या प्रकाश उत्सर्जक डायोड द्वारा बदला जा सकता है। कम्प्यूटेशनल सत्ता में निर्मित के साथ एक छोटी पूरक धातु ऑक्साइड अर्धचालक छवि संवेदक भी एक यंत्र के रूप में उपयोग किया जा सकता है। एक छोटा सा कारक के रूप में इन घटकों को एकीकृत [एचबी] परख के लिए एक नया पोर्टेबल, रसायन मुक्त, और सस्ती मंच पैदा होंगे। मैंn [एचबी] परख के अलावा, पीटी के रूप में सेंसर का पता लगाने के सिद्धांत विभिन्न बायोमार्कर और रसायन है कि पीटी प्रतिक्रियाओं का प्रदर्शन संवेदन के लिए बढ़ाया जा सकता है। उदाहरण के लिए, organophosphates और कीटनाशकों के पीटी परख भी 19 प्रदर्शित किया गया है, और आसानी से पीटी-योजना के साथ महसूस किया जा सकता है।
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Materials
| Name | Company | Catalog Number | Comments |
| 650 nm laser pointer | LASMAC | LED-1 | Probe light |
| Hollow round glass capillaries | VitroCom | CV2033 | Blood sample container |
| Webcam | Logitech | C525 | CMOS optical sensor |
| Optical chopper system | Thorlabs | MC2000-EC | Optical chopper |
| Plastic long-pass filter | Edmund Optics | #43-942 | To reject 532-nm PT excitation light |
| Fiber clamp | Thorlabs | SM1F1-250 | Capillary tube fixture |
| EDTA coated blood sampling tube | Greiner Bio-One | VACUETTE 454217 | Blood sampling & anticoagulating |
| Hematology analyzer | Siemens AG | ADVIA 2120i | Reference hematology analyzer |
References
- Mokken, F. C., Kedaria, M., Henny, C. P., Hardeman, M., Gelb, A. The clinical importance of erythrocyte deformability, a hemorrheological parameter. Ann. Hematol. 64 (3), 113-122 (1992).
- Rosenblit, J., et al. Evaluation of three methods for hemoglobin measurement in a blood donor setting. Sao Paulo Medical Journal. 117 (3), 108-112 (1999).
- Van Kampen, E., Zijlstra, W. Standardization of hemoglobinometry II. The hemiglobincyanide method. Clin. Chim. Acta. 6 (4), 538-544 (1961).
- Billett, H. H. Hemoglobin and hematocrit. Clinical Methods: The History, Physical, and Laboratory Examinations. 3, (1990).
- Kuenstner, J. T., Norris, K. H., McCarthy, W. F. Measurement of hemoglobin in unlysed blood by near-infrared spectroscopy. Appl. Spectrosc. 48 (4), 484-488 (1994).
- Zwart, A., et al. A multi-wavelength spectrophotometric method for the simultaneous determination of five haemoglobin derivatives. Clin. Chem. Lab. Med. 19 (7), 457-464 (1981).
- Kwak, B. S., et al. Direct measurement of the in vitro hemoglobin content of erythrocytes using the photo-thermal effect of the heme group. Analyst. 135 (9), 2365-2371 (2010).
- Lapotko, D., Lukianova, E. Laser-induced micro-bubbles in cells. International Journal of Heat Mass Transfer. 48 (1), 227-234 (2005).
- Lapotko, D. O. Laser-induced bubbles in living cells. Lasers in surgery and medicine. 38 (3), 240-248 (2006).
- Lapotko, D. O., Romanovskaya, T. yR., Shnip, A., Zharov, V. P. Photothermal time-resolved imaging of living cells. Lasers in surgery and medicine. 31 (1), 53-63 (2002).
- Yim, J., et al. Photothermal spectral-domain optical coherence reflectometry for direct measurement of hemoglobin concentration of erythrocytes. Biosens. Bioelectron. 57, 59-64 (2014).
- Kim, U., et al. Capillary-scale direct measurement of hemoglobin concentration of erythrocytes using photothermal angular light scattering. Biosens. Bioelectron. 74, 469-475 (2015).
- Sørensen, H. S., Larsen, N. B., Latham, J. C., Bornhop, D. J., Andersen, P. E. Highly sensitive biosensing based on interference from light scattering in capillary tubes. Appl. Phys. Lett. 89 (15), 151108 (2006).
- Swinney, K., Markov, D., Bornhop, D. J. Ultrasmall volume refractive index detection using microinterferometry. Rev. Sci. Instrum. 71 (7), 2684-2692 (2000).
- Tarigan, H. J., Neill, P., Kenmore, C. K., Bornhop, D. J. Capillary-scale refractive index detection by interferometric backscatter. Anal. Chem. 68 (10), 1762-1770 (1996).
- Bornhop, D. J., et al. Free-solution, label-free molecular interactions studied by back-scattering interferometry. science. 317 (5845), 1732-1736 (2007).
- Yang, X., et al. Simple paper-based test for measuring blood hemoglobin concentration in resource-limited settings. Clin. Chem. 59 (10), 1506-1513 (2013).
- Zhu, H., et al. Cost-effective and rapid blood analysis on a cell-phone. Lab Chip. 13 (7), 1282-1288 (2013).
- Pogačnik, L., Franko, M. Detection of organophosphate and carbamate pesticides in vegetable samples by a photothermal biosensor. Biosens. Bioelectron. 18 (1), 1-9 (2003).
