لیزرهای فیبر در سنجش زیست پزشکی

  

راه اندازی مورد استفاده برای جمع آوری داده ها از پوست انسان

لیزرهای فیبر در سنجش زیست پزشکی - طیف سنجی مادون قرمز میانی

با نظارت بر ناهنجاری های متابولیکی متعاقب آن ، از طریق تعیین کمی اجزای بیوشیمیایی سرم ، مانند اوره ، گلوبولین ها ، آنزیم ها ، گلوکز ، کلسترول ، تری گلیسیرید و آلبومین ، می توان بیماری های کمی را تشخیص داد. از این رو ، روشهای بیوشیمیایی بیشماری برای تعیین کمیت ، و به ندرت توصیف اجزای خاص سرم ، توسعه یافته است. با این حال ، بسیاری از آنها به جای ترکیبی از چندین پارامتر بیوشیمیایی اطلاعاتی را در مورد یک جزء خاص ارائه می دهند. در این زمینه ، شناسایی اثر انگشت سرم از طریق طیف سنجی MIR ، از یک نمونه نسبتاً کمی ، می تواند دید گسترده تری در مورد سطح گونه های بیوشیمیایی سرم ، که به نوبه خود ، می تواند روش تشخیص را تسهیل کند ، فراهم کند.

منطقه مادون قرمز مادون قرمز (MIR) در محدوده 2500-10،000 نانومتر از طیف الکترومغناطیسی ثابت شده است که در طیف سنجی بسیار مفید است ، برای اندازه گیری ترکیب نمونه با استفاده از نور ، به ویژه در شیمی بالینی [98]. پوشش طیف گسترده ای از منطقه فرصتی برای سنجش مقدار زیادی از مولکول ها از جمله مولکول های بافت های بیولوژیکی فراهم می کند ، جایی که با حساسیت زیادی می توان آنها را شناخت. تا همین اواخر ، چالش هایی از قبیل انسجام نامناسب منابع نور ، سنجش مشکلی ناشی از نشانه پشت پرده بسیار ضعیف و همچنین شانس کم ردیاب های MIR با سر و صدای کم موانع غیر قابل عبور به خصوص در طیف سنجی داخل بدن بود [99]. این در حالی است که طی چند سال اخیر ، پیشرفت در علم مواد علاوه بر متنوع سازی و مینیاتور کردن اجزای فوتونی ، زمینه را برای تقویت منابع نوری رمان ، با قابلیت های عملکرد قبلی غیرقابل دستیابی فراهم کرده است ، که صحت اندازه گیری ها را تا حد زیادی بهبود داده اند. در نتیجه ، طیف سنجی MIR تثبیت شده و مجدداً روی صحنه می رود.

با اشاره به اصل فیزیکی ، طیف سنجی MIR از ارتعاشات اساسی مولکولی مانند خم شدن و کشش باند یا پیوندهای خاص در داخل مولکول مورد مطالعه استفاده می کند که عموماً با تطبیق اختلاف انرژی کمی از انتقال بین حالت زمین و اولین حالت هیجان زده ایجاد می شود. حساسیت بالای آن نسبت به گروه های قطبی نتیجه همان فرکانس نوسان لحظه دو قطبی مولکولی و بردار میدان الکتریکی از منبع منبع است [147]. علاوه بر این ، منطقه "اثر انگشت" دارای یک جاذبه کاملاً قوی است ، با قله های بی شماری و به خوبی حل و فصل شده ، متفاوت در موقعیت ، عرض و شدت ، الگوهای جذب منحصر به فردی را برای هر ماده تشکیل دهنده ایجاد می کند ، که شناسایی مؤلفه مستقیم را در سطح مولکولی امکان پذیر می کند. منطقه MIR برای شناسایی گروه های C-C ، C-O-H و C-H برای کشش نامتقارن و متقارن بسیار مناسب است [100]. با این حال ، نور MIR تنها به دلیل جذب آب زیاد تا 100 میکرومتر در پوست انسان نفوذ می کند [97]. با استفاده از تکنیک های تجزیه و تحلیل داده های چند متغیره ، مشکل نفوذ محدود تا حدی اجتناب شده است.

تنظیم اولیه دستگاه اندازه گیری MIR شامل یک منبع نور ، یک مونتاژ نوری و یک واحد آشکارساز نور است. روشنایی طیفی بالا ، مشخصه تمرکز محکم برای یک پرتو فضایی منسجم ، مانند لیزر و همچنین قدرت متوسط ​​بالا ، مورد نیاز کلیه طرحهای طیف سنجی است. تا دهه گذشته ، بیشترین منابع لیزر لیزر CO2 و لیزر نیمه هادی با حفره عمودی (VCSEL) بود [101]. با این حال ، پیچیدگی و هزینه های بالایی که دارند ، جهت شارژ جهت به سمت لیزرهای نیمه هادی قابل تنظیم ، مانند: لیزر آبشار کوانتومی (QCL) و لیزر آبشار کوانتومی حفره خارجی (Eq-QCL) [102] استفاده کردند. در سالهای گذشته ، در تحقیقات متعددی ، اشاره شده است که منابع نوری تولید ابررسانا و بعضی از نوسان کنندگان حالت قفل شده می توانند بسیار دلگرم کننده باشند زیرا در منطقه MIR قرار دارند [103]. به واحد تشخیص نور اشاره دارد ، انواع مختلفی از فوتودکتورها که به طور گسترده در این منطقه استفاده می شوند ، بسته به تکنیک اندازه گیری انتخاب می شوند. اخیراً ، قابل توجه ترین انواع سنسور ، مبتنی بر فیبرهای کوچک در بازتاب کل ضعیف (ATR) و سنسورهای فتوآکوستیک بوده اند. ATR هنوز تکنیک انحصاری در تجزیه و تحلیل نمونه است.

شکل 12 نمونه هایی را که توسط لیکات و همکارانش استفاده شده است نشان می دهد ، جایی که طیف های MIR گلوکز از پوست مچ جمع می شوند. الیاف هسته توخالی ، به خصوص برای تحویل پالس پیکسوسکند با قدرت متوسط ​​و زیاد اوج مناسب ، هم برای تحویل نور لیزر QC و هم برای جمع آوری نور پشتی ، به طور مستقیم به یک آشکارساز MCT استفاده می شود. تقویت کننده قفل که تقویت و اندازه گیری خروجی قفل شده فاز و فرکانس را فراهم می کند ، دارای فرکانس مرجع 55 کیلوهرتز است. سرانجام ، خروجی آمپلی فایر قفل شده توسط کامپیوتر ، جایی که تاریخ پردازش می شود ، ثبت می شود.