کاربرد طیف سنجی غیر مخرب رامان در نمایش سطح قند خون

روش‌های نوین در تعیین مقدار گلوکز خون

تعیین مقدار گلوکز خون بیماران دیابتی امری ضروری است. در اندازه گیری قند خون به روش سنتی سرانگشت زخم می‌شود. قطعا این روش مطلوب ما نیست. به دلیل این که باعث ضعیف شدن پوست بیمار، عفونت،درد و… می‌شود.
بنابراین دانشمندان و محققان به دنبال توسعه روش‌های جدید برای حل این مشکل هستند که یکی از آن‌ها استفاده از طیف سنجی رامان است. طیف سنج رامان ساده برای این کاربرد شامل یک پروب فیبر نوری و یک دستگاه محاسبه کننده است که غلظت گلوکز را محاسبه می‌کند و اندازه‌ی آن کوچک و قابل حمل است.
بازه وسیعی از تکنیک‌ها برای اندازی گیری قندخون به صورت غیر مخرب مطرح می‌شود. در این مقاله به طور مختصر در رابطه با روش‌های نوین برای سنجش سطح قندخون می‌پردازیم. در انتها نیز طیف سنجی رامان در این کاربرد خاص بررسی می‌شود.

فلورسانس در اندازه گیری قند خون

به طور کلی طیف سنجی فلورسانس یک تکنیک بسیار حساس برای تجزیه و تحلیل برهمکنش‌ها است. در این روش با تابش پرتو فرابنفش بر پوست و یا اشک و جمع آوری فلورسانس به دست آمده، می‌توان قند خون را اندازه گیری کرد. در حقیقت فلورسانس آنزیم ها با توجه به قند خون تغییر می‌کنند و بنابرین با مطالعه فلورسانس می‌توان به قند خون پی‌برد. اما وجود بافت در این روش یک مانع است.

توموگرافی (Tomography) همدوسی نوری در اندازه گیری قند خون

در توموگرافی (پرتونگاری مقطعی) همدوسی نوری، نور پراکنده شده از نمونه‌ها شناسایی می شود. به طور ساده در این روش به دلیل تغییر در ضریب شکست و در نتیجه همدوسی نور می توان قند خون را اندازه گرفت. این روش عمدتاً در محدوده‌ی بیولوژیکی مادون قرمز نزدیک عمل می‌کند و اجازه نفوذ نور در حدود ۱ میلی متر را به بافت‌ها می‌دهد. از معایب این روش تغییر ضریب شکست و تداخل گلوکز با سایر اجزای بافت است.

سنجش سطح قند خون با کمک طیف سنجی مادون قرمز نزدیک

طیف سنجی مادون قرمز نزدیک، اندازه گیری نور در محدوده طول موج ۷۵۰ تا ۲۵۰۰ نانومتر است. گستره این بازه طول موجی باعث امکان نفوذ عمیق به پوست می شود که در اندازه گیری جذب نور توسط مولکول‌های خاص از آن استفاده می‌کنند.

طیف سنجی رامان در سنجش سطح قند خون

برای اولین بار در سال ۲۰۱۵ دینگاری (Dingari N C) و همکارانش در تحقیقات خود از حسگر قند خون به روش طیف سنجی رامان استفاده کرده‌اند. منبع نوری استفاده شده برای طیف سنجی رامان در این حسگرها، منبع نوری مادون قرمز نزدیک است. از این حسگر همانند تعدادی از روش‌های توسعه یافته برای تحلیل داده‌های کمی و عددی استفاده می‌شود. این حسگرها نشان دهنده‌ی پتانسیل ناشی از پایداری شیمیایی و عمق نفوذ خوب با منابع مادون قرمز نزدیک است.

طیف رامان اطلاعاتی در رابطه با تغییرات به وجود آمده در سطوح انرژی مولکولی را نشان می‌دهد. در مقایسه با سایر روش‌های طیف سنجی مولکولی، طیف سنجی رامان اطلاعات بیشتری در مورد نمونه ارائه می‌دهد که به تشخیص گلوکزها کمک بیشتری می‌کند. نویزهای تصادفی، تداخل سیگنال‌های ناشی از سایر بافت‌ها و فلورسانس زمینه‌ای قوی، برخی از فاکتورهای مخرب برای این روش هستند. به علت محبوبیت روش رامان برای ان مشکل چاره‌ای تعبیه شده است و شما می‌توانید با تقویت سیگنال رامان به روش‌های مختلف این مشکل را تا حد خوبی برطرف کنید.

چیدمان پایه طیف سنج رامان در سنجش سطح قند خون

چیدمان پایه شامل منبع نور لیزر، پروب نوری، اسپکترومتر و دستگاه‌های پردازش داده (کامپیوتر و …) می‌شود.

یک چیدمان ساده شامل مجموعه‌ای از آشکارسازها، فیلترهای نوری در محل طیف سنج، توری پراش و دوربین CCD است. از ماژول‌های کوچک لیزر دیودی IR می‌توان برای کاهش فضای مورد نیاز استفاده کرد. می‌توان مقدار گلوکز خون را با پردازش داده‌های شیمیایی برای تشخیص شدت باند رامان اندازه گرفت. باندهایی که شامل اطلاعات از آنالیت مورد بررسی است؛ در این روش تشخیص داده می شود. پس از آن تنها سیگنال رامان باید در باندهای انتخاب شده توسط مجموعه‌ای از آشکارسازهای نوری تشخیص داده شود. داده‌های دریافتی به دستگاهی منتقل می‌شوند که در آن پردازش داده‌ها انجام می‌شود و در نهایت داده‌ها در اختیار کاربر قرار داده می‌شود. دستگاه‌های مورد نیاز برای تحلیل داده ها شامل لپ تاپ، میکروکنترلر و یا حتی تلفن هوشمند است.

بنابراین کوچک سازی، جایگزینی تکنیک‌های پیشرفته و دستگاه‌های تشخیصی هماهنگ شده مشکلات بیماران را هموار می کند و به دلیل این مزیت‌ها برای اهداف تجاری مناسب می‌شود. تاکنون استفاده از روش طیف سنجی رامان غیر مخرب برای این امر به طور عمیق مورد بررسی قرار نگرفته است. به شما پیشنهاد می‌دهیم که تحقیقات خود را برای کار روی این موضوع جذاب، به روز و کاربردی شروع کنید.

جمع بندی

امروزه به دلیل عدم فعالیت کافی و تغذیه نامناسب، بیماری دیابت و اندازه گیری قندخون از اهمیت بالایی برخوردار است. اما دستگاه‌های امروزی برای سنجش قندخون، نیاز به زخم کردن بخشی کوچکی از سر انگشت دارند. این امر می تواند باعث رنجش بیمار و حتی آسیب به پوست دست آن‌ها در دراز مدت شود. روش های متعددی از جمله طیف سنجی فروسرخ نزدیک و میانه، طیف سنجی فلورسانس و… برای حل این مشکل مطرح شده اند که در بین آن طیف سنجی رامان یک روش غیر مخرب و قابل اعتماد برای اندازه گیری قند خون است. به کمک دستگاه طیف سنج رامان می‌توانیم به راحتی حتی با یک تلفن هوشمند قند خون خود را اندازه گیری کنیم.

منابع

۱- https://zaya.io/dyama
۲- https://zaya.io/lblir