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多程光谱法实现疾病检测呼气试验

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  • 发布时间:2020-11-26 16:05
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多程光谱法实现疾病检测呼气试验

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2020年11月18日,美国华沙大学的研究小组开发了一种光学传感方法依靠高灵敏度的光谱测量来检测人的呼吸中是否存在甲醛。呼气测试基于多程光谱技术,可以检测出100万个空气颗粒中是否存在一个甲醛分子,即使存在阻碍精密光学测量的气体。目前,甲醛作为肺癌和乳腺癌等癌症的生物标志物正在进行研究。快速、无创检测的能力支持了一种廉价、快速的筛查方法的发展。

多程光谱增加了光与样品相互作用的程度,使其成为检测特别低浓度气体分子的有用应用。在研究小组的系统中,科学家们通过位于实验细胞一端的镜子上的小孔发射激光,光在位于实验细胞另一端的镜子来回反弹。相互作用的长度是整个细胞长度的数百倍。

图:研究人员已经开发出一种极其灵敏但简单的光学方法来检测甲醛。他们的方法基于多程光谱学,即通过镜子上的小孔引入激光。然后激光在反射镜之间来回反射,与样品产生的相互作用长度是细胞的几十倍或几百倍。

因为多束激光束的存在会导致条纹干涉,实际上会降低灵敏度,这阻碍了科学家使用多程光谱系统精确测定生物标记物浓度,研究人员还开发了一种称为“光学条纹猝灭”的技术,用以消除设备中噪声的影响。

通过在预定的一组波长上对激光发射进行轻微的调制,并将样品发出的光在波长上取平均值,研究人员成功地消除了光干扰,从而获得了对甲醛的准确检测。为了进一步减少呼吸样本中常见的其他成分的干扰,研究人员选择了最佳光谱范围和样品压力。

Mateusz Winkowski和Tadeusz Stacewicz的团队使用校准过的空气中甲醛的人工混合物来测试他们的方法。研究小组报告的结果表明,这项技术能够检测出甲醛含量。此外,这项工作的光学条纹猝灭部分,可以改善任何使用多程单元的光学系统。Winkowski确定的具体应用包括测量家用材料和/或工业源排放的甲醛气体,以了解其对人类健康的影响。

研究人员说他们下一步计划应用这种新方法来测量呼吸中的乙烷气体。乙烷作为癌症和其他疾病的潜在生物标志物也在研究中。

信息来源:Biomedical Optics Express

 

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