III.3.2 Quang phổ hồng ngoại và hồng ngoại gần

1. III.3.2 Quang phổ hồng ngoại và hồng ngoại gần • Kỹ thuật quang phổ hồng ngoại và cận hồng ngoại là một phương pháp quang trọng như một công cụ không thể thiếu trong việc phân tích hóa học và vì thế nó nắm giữ một tiềm năng lớn để phát triển kỹ thuật đo lường glucose trong máu • Phương pháp quang học hấp thụ dưa trên cơ sở xác định nồng độ-dựa vào sự hấp thụ một số bước sóng ánh sáng đặc biệt bởi glucose hoặc một số hợp chất khác

2. III.3.2 Quang phổ hồng ngoại và hồng ngoại gần • Dãi hấp thụ trong vùng hồng ngoại được giải thích là do sự cộng hưởng của những nhóm chức đặc biệt và những liên kết nội phân tử, và dãi này có xu hướng thu hẹp lại. Vùng này người ta gọi là vùng quang phổ “dấu vân tay” ,vùng này cho chúng ta những thông tin quang trọng về thành phần cấu tạo của hợp chất hay hỗn hợp được nghiên cứu. Ngược lại ,dãi hấp thụ trong vùng cận hồng ngoại cấu thành phức tạp hơn hoặc các dãi này có xu hướng lan rộng ,trùng lắp lên nhau,và kém đặc biệt hơn.

4. III.3.2 Quang phổ hồng ngoại và hồng ngoại gần • Đối với phổ hồng ngoại,sự hấp thụ mạnh bởi nước và các thành phần khác trong máu và các mô làm hạn chế rất lớn cho phương pháp .Quảng đường đi của ánh sáng bị giới hạn (100m).Các đỉnh nhọn và độ rộng của nó khó xác định • Tuy nhiên ,nhiều nỗ lực đã được thực hiện để định lượng glucose trong máu sử dụng quang phổ hấp thụ hồng ngoại trong môi trường nhân tạo và trong cơ thể sống

5. III.3.2 Quang phổ hồng ngoại và hồng ngoại gần • Khác với phổ hồng ngoại và hồng ngoại trung bình, phổ cận hồng ngoại xuyên tương đối dễ dàng qua nước và các mô của cơ thể cho phép một độ dài trung bình được sử dụng.Hơn nữa ,thiết bị cận hồng ngoại luôn có sẵn và tương đối dễ sử dụng . Vì thế nhiều nỗ lực đã cố gắng để phát triển kỹ thuật quang phổ cận hồng ngoại cho sự đo lường nồng độ glucose trong máu

6. III.3.2 Quang phổ hồng ngoại và hồng ngoại gần • Dãi hấp thụ hồng ngoại gần có thể bị ảnh hưởng nghiêm trọng bởi cácyếu tố như nhiệt độ ,pH,mức độ liên kết hydro trong đó; việc không biết được ảnh hưởng của quang phổ nền làm cho vấn đề trở nên phức tạp hơn • Định lượng bằng quang phổ hồng ngoại gần một thời gian dài đã dựa vào những mô hình chuẩn, và dựa vào kinh nghiệm.

7. III.3.2 Quang phổ hồng ngoại và hồng ngoại gần • Lượng glucose trong cơ thể người bình thườngvào khoảng 80 đến 120 mg/dl và tốt nhất là khoảng 100mg/dl(5.5mM).Trong bệnh đái tháo đường ,đường trong máu có thể tăng rất cao đến 500mg/dl • Một sự thay đổi nhỏ khoảng 1/100000 sự hydrad hóa trong mô thì tín hiệu phân tích cũng thay đổi rất lớn hơn cả khi nồng độ glucose thay đổi 10mg/dl • Để có được thông tin chính xác về glucose trong vùng hồng ngoại gần ta phải kết hợp chặt chẽ sự phân tích phổ giữa các mô hình khác nhau

8. III.3.2 Quang phổ hồng ngoại và hồng ngoại gần • Thật là hữu ích nếu ta chia vùng hồng ngoại gần ra thành hai vùng : vùng rất gần (từ 700 đến 1300 nm ) và vùng hồng ngoại gần (2.0 đến 5.0m) sự hấp dẫn được tập trung vào vùng rất gần ,bởi vì các thiết bị dò tìm và các nguồn phát trong vùng này trong thực tế dễ dàng thực hiện ,sự truyền qua mô tốt hơn • Tuy nhiên trong vùng này thì dãi hấp thụ của glucose rất yếu và ta sẽ rất khó khăn trong việt thu nhận tín hiệu ,với một lượng tín hiệu nhiễu quá lớn phép đo lại càng không chính xác

9. III.3.2 Quang phổ hồng ngoại và hồng ngoại gần • Khi nghiên cứu sâu hơn vào vùng hồng ngoại gần người ta thấy rằng bằng cách kết hợp phổ quang sát được với phổ hấp thụ của nước đã thu được kết quả quang trọng • Các đỉnh hấp thụ glucose được nhận biết ở các bước sóng 2.13 , 2.27 , 2.34m • Việc trang bị những dụng cụ đáp ứng công việc này thì cũng khá đắt tiền .Điển hình la máy quang phổ FTIR với InSb, HgCdTe hay những loại đắt hơn nữa khi có khả năng loại nhiễu tốt

10. III.3.3 Phổ Raman • Sớm đã có những nổ lực sử dụng quang phổ Raman để đo nồng độ glucose trực tiếp trong dung dịch nước, huyết thanh va trong huyết tương và đã đạt dược nhiều thành công trong môi trường nhân tạo • Tuy nhiên ,nhiều cố gắn để vận dụng những kỹ thuật này trong cơ thể sống để đo toàn bộ lượng glucose trong máu đã gặp phải nhiều khó khăn. Bởi vì toàn bộ máu và hầu hết các mô đều có tính hấp thụ cao;thêm vào đó hầu hết các mô đều có nhiều các chất gây phá hủy phát huỳnh quang và tán xạ Raman • Phổ Raman được đề nghị sử dụng để thu tín hiệu glucose từ thể dịch của mắt

11. III.3.3 Phổ Raman • Lượng glucose của thể dịch phản ánh xấp xĩ 70% trong máu • . Đối với phương pháp Raman ,thể dịch của mắt tương đối không có tính hấp thụ và chứa ít hơn nhiều các phân tử tán xa Raman so với máu • khi được kích thích lên vùng hồng ngoại gần(700 đến 1300m) phổ Raman ít gặp phải nền huỳnh quang hơn Tuy nhiên ,mặt dù nền huỳnh quang giảm đi khi kích thích lên vùng hồng ngoại gần, thì năng lương tín hiệu Raman cũng giảm đi 4 lần với bước sóng .Vì thế muốn sử dụng phổ Raman thì ta phải dùng ánh sáng lazer nhưng phải đảm bảo an toàn cho mắt người

12. III.3.4 Nhận biết glucose bằng máy đo phân cực • Những phân tử như glucose có thể quay quanh mặt phẳng phân cực ánh sáng và sự quay đó tương ứng với nồng độ của phân tử đó.Cho nên việc sử dụng máy đo phân cực đươc xem như là một phương pháp không xâm lấn quang sát glucose trực tiếp trên cơ thể sống • Bởi vì hầu hết các mô ,bao gồm cả da ,giữ một hệ số tán xa cao. Vì thế giữ lại những thông tin sự phân cực trong tia sáng truyền qua một mô dày(khoảng 1cm) ,bao gồm lớp da ,sẽ không khả thi • Thêm vào đó ,bên cạnh sự tán xạ của các mô,một lượng lớn protêin va một số chất khác cũng phản ứng quay mạnh hơn cả glucose,làm cho nó trở nên khó khăn hơn để đo được những góc quay cỡ miliđộ

13. III.3.4 Nhận biết glucose bằng máy đo phân cực • Thể dịch của mắt cũng được xem là nơi để xác định nồng độ glucose trong cơ thể sống đã được đề nghị như một phương pháp khác thay thế cho việc truyền ánh sáng qua da . Trong phương pháp tiếp cận này ,giác mạc và thể dịch có hệ số tán xa rất thấp ,và hầu như không có lượng protêin ,chỉ cóa một loại phân tử chính đó là glucose. • Ví dụ như là, ở một bước sóng khoảng 670nm(đỏ) các phân tử glucose sẽ quay theo sự phân cực tuyến tính của tia sáng xấp xĩ 0.4 miliđộ trên 10mg/dl với chiều dài đường đi là 1cm .Để đo được sự quay nhỏ như vậy, phải sử dụng một phân cực kế rất nhạy và ổn định

14. III.3.4 Nhận biết glucose bằng máy đo phân cực • Tuy nhiên mắt người lại mang nhiều đặt điểm gây khó khăn cho phương pháp này • Như ta đã biết ,giác mạc có tính lưỡng chiết,có nghĩa là nó có thể làm thay đổi vector phân cực của tia sáng ( giống như tinh thể thạch anh),và sự thay đổi đó khác nhau trong quán trình chuyển động của đôi mắt,mà nó có thể làm cho tín hiệu phân cực bị phá hủy • Vì thế để cho sự quang sát glucose bằng phương pháp này được khả thi thì phải xậy dựng những dụng cụ có thể điều tiết sự thay đổi đó

15. III.3.5 Một số phương pháp quang học khác chuẩn đoán glucose 1. Phương pháp phổ âm quang (PAS) : - Phổ âm quang có thể được sử dụng để thu nhận phổ hấp thụ không xâm lấn từ những vật mẫu bao gồm cả cơ thể sinh vật - Tín hiệu âm quang có được khi thăm dò trên vật mẫu với một bức xạ đơn sắc -Sự hấp thu bức xa thăm dò này của vật mẫu kết quả làm cho vật nóng lên trong một thời gian ngắn Sự tỏa nhiệt sẽ làm xuất hiện một sóng ápsuất,mà nó có thể nhận biết được nhờ một máy dò thích hợp - Lợi điểm của phương pháp này có một lợi thế là tín hiệu ghi nhận được là kết quả trực tiếp của một sự hấp thụ mà thôi,sự tán xạ hay tán sắc không đóng vai trò gì đối với tín hiệu thu nhận cả

16. III.3.5 Một số phương pháp quang học khác chuẩn đoán glucose 2. Dựa vào đặc tính quang học : - Hệ số khúc xạ (RI) thường được dùng để đo nồng độ đường trong sirô,mật ong,mật mía ,các sản phẩm cà chua,và trong mứt - Hệ số khúc xạ của dung dich hyrat-cacbon ví dụ như glucose tăng thì nồng độ glucose cũng tăng và như vậy nó được sử dụng để xác định lượng hydrat-cacbon trong đó - Chỉ số khúc xạ của một chất lỏng có thể đươc xác định dể dàng bằng cách đo góc khúc xạ tại mặt phân cách giữa môi trường chất lỏng và môi trường rắn nào đó đã biết hệ số khúc xạ

17. III.3.5 Một số phương pháp quang học khác chuẩn đoán glucose 2. Dựa vào đặc tính quang học : - Hệ số khúc xạ cũng phụ thuộc vào nhiệt độ của chất lỏng và bước sóng của ánh sáng vì vậy cho nên phương pháp này cần được thực hiện ở nhiệt độ 20 độ C và bước sóng tương ứng là 589.3nm -Phương pháp này nhanh gọn nhẹ có thể chế tạo như một dụng cụ cầm tay.

18. III.3.5 Một số phương pháp quang học khác chuẩn đoán glucose Phương pháp này cũng gặp nhiều khó khăn vì nồng độ glucose trong máu rất nhỏ. Thêm vào đó nét đặt trưng của nó không thể biết trước được bởi vì có nhiều tác động sinh lý khác không liên quan đến nồng độ glucose,có thể làm giảm hệ số tán xạ theo thời gian . Sự tán xạ ở mô gây ra bởi nhiều chất và các thành phần hữu cơ của tế bào (màng,bào chất,nhân …)và tất cả những thứ có hệ số tán xạ khác . Cuối cùng ,cũng cần phải chú ý tới các nhân tố khác cũng làm giảm hệ số tán xạ như nhiệt độ,nồng độ tế bào hồng cầu, chất điện phân,sự vận chuyển của nước trong và ngoài mô.