Görünür olandan kısa dalga kızılötesine kadar uzanan biyolojik absorpsiyon spektrumlarının karakterizasyonu

Laboratuvarımız, anne sağlığı uygulamaları için tanısal bilgiler sağlayan ışık tabanlı araçlar geliştirmektedir. Her ikisi de hamilelik sırasında izlenmesi gereken önemli fizyolojik parametreler olan kan oksijenasyonu ve hemoglobin konsantrasyonunun izlenmesi gibi invaziv olmayan bir şekilde sağlayabileceği sağlıkla ilgili bilgilerin bolluğu nedeniyle sıklıkla optik spektroskopi kullanırız. Partikül sudaki bazı çözücüler, ilgilenilen çözünen maddeleri gölgede bırakabilecek güçlü bir absorpsiyona sahiptir.

Ayrıca, VIS-SWIR bölgesini kapsayan spektrumlar genellikle farklı dalga boyu aralıklarında absorpsiyonda büyük farklılıklara sahiptir ve yüksek SNL spektrumları elde etmek için farklı bölgeler için deneysel ayarları değiştirmemiz gerekir. VIS-SWIR biyolojik spektrumlarının elde edilmesindeki zorluk, sınırlı yayınlanmış biyolojik absorpsiyon spektrumlarına katkıda bulunmuştur ve bu süreci basitleştirmeyi amaçlıyoruz. Ek olarak, her bir biyolojik bileşenin spesifik spektral özelliklerinin daha iyi anlaşılması, güçlü melanin emiliminin neden olduğu cilt pigmentasyon yanlılığını en aza indirebilecek optimize edilmiş dalga boylarının seçilmesine yardımcı olacaktır.

Protokolümüzün, araştırmacıların mevcut VIS-SWIR biyolojik emici kütüphanesini genişletmelerini sağlayacağını umuyoruz. Bu sonuçlar aynı zamanda melaninin dalga boyunun bir fonksiyonu olarak optik cihazlar üzerindeki etkisini vurgulamaktadır ve SWIR'de olduğu gibi minimum cilt pigmentasyon yanlılığına sahip sistemleri tasarlamak için kullanılabilir. Oksijenli hemoglobin örneğini tam heparinize insan kanı ile hazırlamak için 1.8 mililitre kanı bir mikro santrifüj tüpüne pipetleyin.

Tüpü 9.6 g'da 10 dakika santrifüjleyin ve peleti bozmadan yaklaşık 850 mikrolitre süpernatan atın. Peleti yaklaşık 850 mikrolitre döteryumlu suda sulandırın ve 10 dakika boyunca 9.6 g'da tekrar santrifüjleyin. Son santrifüjlemeden sonra, kırmızı kan hücrelerini parçalamak için, kırmızı kan hücresi peletlerini 4.5 mililitre döteryumlu su ile sulandırın.

Pelet tüpe yapışıyorsa, gevşetmek için bir miktar döteryumlu su ile durulayın. Künt uçlu bir iğne ve şırınga kullanarak, parçalanmış kan çözeltisini tüpten çıkarın. Ardından künt uçlu iğneyi şırıngadan ayırın ve biyolojik tehlike içeren bir keskin nişancı kabına atın.

Daha sonra, şırıngaya 0,22 mikrometrelik bir şırınga filtresi takın ve içeriği 10 milimetrelik bir yol uzunluğuna, 3,5 mililitrelik bir cama veya bir kuvars küvete süzün. Kirlenmeyi önlemek için küveti hava geçirmez bir tıpa ile sabitleyin. Tamamen hava geçirmez bir sızdırmazlık sağlamak için Parafilmi tıpanın etrafına sarın.

Temel ve referans ölçümler için aynı yol, uzunluk ve hacme sahip temiz bir küveti döteryumlu su ile doldurarak bir referans hazırlayın. Oksijeni alınmış hemoglobin örneğini hazırlamak için, küvetteki kan çözeltisine sodyum ditiyonit ekleyin. Küveti hava geçirmez bir tıpa ile sabitleyin ve hava geçirmez bir sızdırmazlık sağlamak için durdurucunun etrafına Parafilm sarın.

Sodyum ditiyonit tamamen eriyene kadar küveti dikkatlice bir yandan diğer yana eğin. Kan çözeltisinin kırmızıdan daha koyu mor kırmızıya renk değişimini gözlemleyin. Başlamak için spektrometre lambasını ve dedektörleri açın ve sistemin 5 ila 20 dakika ısınmasına izin verin.

Küvetleri bir Kimwipe kullanarak etanol ile temizleyin. Çift ışınlı bir spektrometre için, hem numune hem de referans odalarına referans çözelti olarak döteryumlu su ile doldurulmuş küvetleri yerleştirin. Ölçülecek spektral bölgeye göre uygun dalga boyu aralığını ve dedektörü seçin.

Varsayılan parametreleri kullanarak referans ölçümleri alın. Ardından, numune haznesindeki küveti oksijenli hemoglobin içeren küvetle değiştirin. Ölçüm parametreleri ayarlanırken absorbansı sürekli olarak görüntülemek için Canlı Moda geçin.

Varsayılan spektrometre parametrelerinden başlayarak, doygunluk olmadan niteliksel olarak temiz bir absorpsiyon spektrumu elde etmek için veri ve bant genişliği başına okumaları ayarlayın. Gelen ışık gücünü, bant genişliğini, maruz kalma süresini ve veri başına okumaları değiştirmek yüksek bir sinyal-gürültü oranı spektrumu ile sonuçlanmıyorsa, numune konsantrasyonunu değiştirin, referans küveti numuneye veya referans odasına yerleştirin veya numunenin yol uzunluğu ve yüksek bir sinyal-gürültü oranı spektrumu elde etmek için referans. Ayarlar örnek için optimize edildikten sonra, elde edilen her spektrum için ayarları belgeleyin.

Optimize edilmiş ayarları kullanarak, optimize edilmiş referans ölçümünü elde etmek için referans ve numune odalarındaki referans çözeltisiyle aynı ayarları kullanarak yeniden ölçüm yapın. Ardından, numune haznesindeki referans küveti oksijenli hemoglobin numune küveti ile değiştirin ve optimize edilmiş bir numune ölçümü yapın. Hem referans hem de numune ölçümlerini ayrı ayrı kaydedin.

Aşağıdaki denklemi kullanarak, referans ölçümünü I0 ve numune ölçümünü I olarak ele alarak absorbans A'yı hesaplayın. İşlem sonrası için, MATLAB gibi açık veri analiz yazılımı ve spektrumun farklı bölgelerinden elde edilen absorbans ölçümlerini yükleyin. Farklı numune konsantrasyonlarına veya yol uzunluklarına sahip farklı bölgeleri bir araya getirmek için bir spektral bölgeye bir çarpma faktörü uygulayın. Oksijenli hemoglobin spektrumu, Prahl tarafından yayınlanan bir spektrum ile güçlü bir korelasyon gösterdi, 415 nanometrede belirgin absorpsiyon zirveleri ve görünür bölgede 540 ila 575 nanometre arasında bir çift ve yakın kızılötesinde 800 ila 1.100 nanometre arasında geniş bir absorpsiyon özelliği ile.

Kısa dalga kızılötesi bölgesinde. Oksijenli hemoglobin spektrumu, muhtemelen artık su içeriği nedeniyle düşük emilim gösterdi. Oksijensiz hemoglobin spektrumu, 430 nanometre, 560 nanometre ve 760 nanometrede belirgin zirveler ve 1.200 nanometre ve 1.400 ila 1.600 nanometre arasında daha küçük zirveler içeren Prahl spektrumu ile güçlü bir korelasyon gösterdi.