Spektroskopi inframerah berhampiran

The Spektroskopi inframerah berhampiran adalah kaedah analisis berdasarkan penyerapan sinaran elektromagnetik dalam jarak cahaya inframerah gelombang pendek. Ini memiliki berbagai kegunaan dalam kimia, teknologi makanan dan perubatan. Dalam bidang perubatan, antara lain adalah kaedah pencitraan untuk menunjukkan aktiviti otak.

Apakah spektroskopi inframerah berhampiran?

Spektroskopi inframerah dekat, juga dipanggil NIRS disingkat, adalah sub-kawasan spektroskopi inframerah (spektroskopi IR). Secara fizikal, spektroskopi IR didasarkan pada penyerapan sinaran elektromagnetik melalui pengujaan keadaan ayunan dalam molekul dan kumpulan atom.

NIRS memeriksa bahan yang menyerap dalam julat frekuensi dari 4.000 hingga 13.000 getaran per cm. Ini sesuai dengan jarak gelombang antara 2500 hingga 760 nm. Dalam julat ini, getaran molekul air dan kumpulan berfungsi seperti kumpulan hidroksil, amino, karboksil dan CH terutamanya teruja. Sekiranya sinaran elektromagnetik dalam julat frekuensi ini menyentuh bahan yang sesuai, getaran teruja dengan penyerapan foton dengan frekuensi ciri. Spektrum penyerapan direkodkan setelah sinaran melewati sampel atau dipantulkan.

Spektrum ini kemudian menunjukkan penyerapan dalam bentuk garis pada panjang gelombang tertentu. Dalam kombinasi dengan kaedah analisis lain, spektroskopi IR dan, khususnya, spektroskopi inframerah dekat dapat membuat pernyataan mengenai struktur molekul bahan yang diperiksa dan dengan demikian membuka berbagai aplikasi, dari analisis kimia hingga aplikasi industri dan teknologi makanan hingga perubatan.

Fungsi, kesan & matlamat

Spektroskopi inframerah dekat telah digunakan dalam perubatan selama 30 tahun. Di sini ia digunakan, antara lain, sebagai kaedah pencitraan untuk menentukan aktiviti otak. Selain itu, dapat digunakan untuk mengukur kandungan oksigen darah, jumlah darah dan aliran darah di berbagai jaringan.

Prosedurnya tidak invasif dan tidak menyakitkan. Kelebihan cahaya inframerah gelombang pendek adalah kebolehtelapan tisu yang baik, sehingga ia ditakdirkan untuk penggunaan perubatan. Dengan menggunakan spektroskopi jarak dekat inframerah melalui skullcap, aktiviti otak ditentukan melalui perubahan dinamik dalam kandungan oksigen dalam darah. Prosedur ini berdasarkan prinsip gandingan neurovaskular. Gandingan neurovaskular didasarkan pada fakta bahawa perubahan aktiviti otak juga bermaksud perubahan dalam keperluan tenaga dan juga keperluan oksigen.

Sebarang peningkatan aktiviti otak juga memerlukan kepekatan oksigen yang lebih tinggi dalam darah, yang ditentukan oleh spektroskopi inframerah dekat. Substrat pengikat oksigen dalam darah adalah hemoglobin. Hemoglobin adalah pewarna terikat protein yang berlaku dalam dua bentuk yang berbeza. Terdapat hemoglobin beroksigen dan terdeoksigenasi. Ini bermaksud ia bebas oksigen atau bebas oksigen. Apabila bergerak dari satu bentuk ke bentuk lain, warnanya berubah. Ini juga mempengaruhi penghantaran cahaya. Darah beroksigen lebih telap terhadap cahaya inframerah daripada darah kekurangan oksigen.

Apabila cahaya inframerah melewati, perbezaan beban oksigen dapat ditentukan. Perubahan dalam spektrum penyerapan dihitung dan memberikan maklumat mengenai aktiviti otak semasa. Atas dasar ini, NIRS kini semakin digunakan sebagai kaedah pencitraan untuk memaparkan aktiviti otak. Oleh itu, spektroskopi inframerah dekat juga memungkinkan penyiasatan proses kognitif, kerana setiap pemikiran juga menghasilkan tahap aktiviti otak yang lebih tinggi. Anda juga dapat mencari kawasan aktiviti yang meningkat. Kaedah ini juga sesuai untuk mewujudkan antara muka otak-komputer optik. Antara muka otak-komputer mewakili antara muka antara manusia dan komputer. Orang-orang yang cacat secara fizikal mendapat manfaat daripada sistem ini.

Mereka dapat menggunakan komputer untuk memicu tindakan tertentu, seperti pergerakan prostesis, dengan kekuatan pemikiran yang murni. Bidang penerapan NIRS lain dalam perubatan berkaitan, antara lain, dengan perubatan kecemasan. Peranti memantau bekalan oksigen di unit rawatan intensif atau selepas operasi. Ini memastikan reaksi cepat sekiranya kekurangan oksigen yang teruk. Spektroskopi inframerah dekat juga berguna untuk memantau gangguan peredaran darah atau untuk mengoptimumkan bekalan oksigen ke otot semasa latihan.

Risiko, kesan sampingan & bahaya

Penggunaan spektroskopi inframerah dekat adalah bebas masalah dan tidak menyebabkan kesan sampingan. Sinaran inframerah adalah sinaran tenaga rendah yang tidak merosakkan bahan penting secara biologi. Pembentukan genetik juga tidak diserang. Sinaran hanya merangsang pelbagai keadaan getaran molekul biologi. Prosedurnya juga tidak invasif dan tidak menyakitkan.

Dalam kombinasi dengan kaedah fungsional lain seperti MEG (magnetoencephalography), fMRI (tomografi resonans magnetik fungsional), PET (tomografi pelepasan positron) atau SPECT (tomografi penghitungan pelepasan foton tunggal), spektroskopi inframerah dekat dapat menggambarkan aktiviti otak dengan baik. Selanjutnya, spektroskopi inframerah dekat mempunyai potensi besar untuk memantau kepekatan oksigen dalam perubatan rawatan intensif. Satu kajian di Clinic for Cardiac Surgery di Lübeck menunjukkan bahawa risiko pembedahan dalam pembedahan jantung dapat diramalkan dengan lebih andal dengan menentukan ketepuan oksigen serebral menggunakan NIRS daripada dengan kaedah sebelumnya.

Spektroskopi inframerah dekat juga memberikan hasil yang baik untuk aplikasi rawatan intensif yang lain. Sebagai contoh, ia juga digunakan untuk memantau pesakit yang sakit parah di unit rawatan intensif untuk mencegah kekurangan oksigen. Dalam pelbagai kajian, NIRS dibandingkan dengan kaedah pemantauan konvensional. Kajian menunjukkan potensi, tetapi juga had spektroskopi inframerah dekat.

Walau bagaimanapun, pengukuran yang lebih dan lebih kompleks dapat dilakukan kerana perkembangan teknikal proses dalam beberapa tahun terakhir. Ini membolehkan proses metabolik yang berlaku dalam tisu biologi direkodkan dengan lebih baik dan lebih baik dan mewakili mereka secara grafik. Spektroskopi inframerah dekat akan memainkan peranan yang lebih besar lagi dalam bidang perubatan pada masa akan datang.