用于血糖无创检测的喇曼光谱系统

以铊掺杂自聚焦透镜作为光谱采集透镜,设计了一种小型可穿戴式光谱采集探头,在此基础上搭建了一种小型可穿戴式血糖喇曼光谱检测系统.利用该系统对不同浓度的葡萄糖溶液、11只实验白鼠以及10位人体志愿者进行测试.以光谱特征峰面积作为主要计算参考,以峰强度作为辅助参考进行光谱定量分析.针对不同样本分别建立基于主导因子的非线性多变量偏最小二乘模型以计算葡萄糖水平.计算结果表明葡萄糖溶液、实验白鼠以及人体的准确度分别为98.1%、89.3%和84.4%,测试准确性得到提高.该检测系统具有体积小、成本低、喇曼信号采集稳定、使用方便等优点,能够准确实现人体血糖的无创检测并具有较好的可重复性.     

激光喇曼光谱的光纤采样技术

设计了一种高效光纤喇曼探针，与常规采样方法相比，简化了操作，改善了测量的信噪比，同时，光纤采样实现了远距离测量，使恶劣环境下的现场检测成为可能。     

粉末样品光纤喇曼光谱的实验研究

可溶性粉末样品溶于本溶液中,制成4.30×10-3M的透明溶液充入空芯石英光纤中,用光纤法获得了较好的光纤喇曼光谱。该方法对研究固体分子结构及痕量分析将有一定的应用。     

光纤预共振喇曼光谱的实验研究

应用液芯光纤技术，提高了预共振喇曼光谱强度１０＾２倍以上，用１０ｍＷ较长波长（５１４．５ｎｍ，４８８．ｎｍ，４５４．５ｎｍ）激光激发，观察到了α甲基吡啶的预共振喇曼光谱线。     

光纤共振和预共振喇曼光谱

在液芯光纤内产生共振和预共振喇曼效应,喇曼光谱强度可以大幅度提高,最高可达10⁹倍.本文介绍获得光纤(预)共振喇曼光谱的可行性、实验及实验结果.用远离吸收带的激光激发获得了α甲基吡啶预共振喇曼光谱.用小功率激光(0.8mW)、低浓度溶液(9.6×10¹²mol/L)还获得了β叶红素在CS₂中的共振喇曼光谱.     

超声空化对丙酮激光喇曼光谱的影响

本研究设计了一种可吸入超声的喇曼光谱样品池,对丙酮的激光喇光曼谱的检测表明,超声空化降低了喇曼光谱的强度,我们认为,超声空化减少了激光光路上参与散射的丙酮分子数是光谱强度降低的主要原因。     

氮化铝薄膜的红外吸收光谱和喇曼光谱的研究

本文报道用直流平面磁控溅射法在Si片上生长c轴高度择优取向AIN薄膜的光学特性.俄歇谱分析表明薄膜是高纯的.从红外吸收光谱上分析获得晶格振动纵、横模的频率分别为2.5×10~(13)HZ和1.8×10~(13)Hz.从喇曼光谱上分析获得AIN薄膜的光学声子频率为297、512、607、656、832cm~(-1).与几种已知的纤锌矿结构二元化合物的声子频率模式类比获得AIN的光学声子模式.进一步分析表明AIN是一种静电力大于原子间各向异性力的晶体,且声子的最高频率与r~(-3/2)N~(-1/2)成正比.     

金属离子对银溶胶的聚集作用及其喇曼光谱

本文中把金属离子一银溶胶系统的透射光谱、电子显微镜照片和喇曼光谱进行对比, 总结出银溶胶的聚集状态与表面增强因子的一般关系。 关键词：     

基于近红外反射光谱的无损血糖分析

无损血糖监测是一种方便且无痛的血糖监测方法。目前,大部分的血糖检测方法都是有损的。提出了一种基于近红外反射光谱的无损血糖检测方法。近红外反射光谱是一种安全、简单并且有效的方法,被应用于很多领域。采用口服葡糖糖耐量试验来采集数据,用偏最小二乘回归方法来建模。使用市售血糖仪采指尖血作为参考值,同时用光谱仪提取手掌光谱,共取得42组样本。血糖浓度范围在5~12 mmol·L-1。采用留一法交叉验证,获得所有数据的交叉验证的均方根误差为1.16 mmol·L-1。通过归一化和无关变量消除的预处理方法来减少噪声并消除一些额外因素,优化的均方根误差为0.79 mmol·L-1。基于个人的数据进行建模,得到了远小于整体数据的结果：0.41 mmol·L-1。该方法在个人血糖检测的市场化方面有广阔的应用前景。     

基于XGBoost的糖尿病血液拉曼光谱定量分析法

血液中包含着大量的生物信息,如激素、酶、血糖等成分,而血糖偏高将引发糖尿病。糖尿病有很多并发症,比如脑梗塞,脑出血,肾脏损害,眼底损害,周围神经病变等一系列疾病。目前,血液常规成分检测分析周期较长,结果反馈较慢,难以实现快速连续检测。光学检测技术能够根据待测物质的光谱鉴别物质化学成分和相对含量,因其灵敏度高、适用性强、分析速度快等优势,在血液无创检测领域逐渐发挥其优势。随着激光技术的不断进步,拉曼光谱技术作为一种非线性散射光谱技术,在血液检测技术中得到了广泛应用。为提高拉曼光谱的预测精度,首次将XGBoost算法应用到拉曼光谱血液血糖浓度中进行预测精度的提升。实验中106组血液样本及试验标准值为河北省秦皇岛市第一医院提供,选用布鲁克的MultiRAM光谱仪进行血液的拉曼光谱数据测量,实验中1 064 nm激发光源功率为400 mW,光谱分辨率为6 cm-1,扫描速率为10 kHz,扫描范围为400～4 000 cm-1,对每个样本重复采集10次并计算平均值作为原始光谱数据,以保证实验的准确性和可重复性。该方法无需对数据进行预处理,首先将光谱数据随机划分为训练集和测试集,比例为7∶3,训练集用于训练模型并确定模型参数,测试集用于测试模型的稳定性和预测精度。建立XGBoost模型后,用网格搜索法和k折交叉验证优化模型参数;引入模型评估指标和克拉克网格误差分析图对XGBoost模型血糖浓度的预测进行分析;最后将XGBoost模型与决策树(DT)、随机森林(RF)和支持向量机回归(SVR)模型进行对比。实验结果表明通过XGBoost建立的定量回归模型效果最佳,模型的决定系数为0.999 99,校正集均方误差为0.007 49,预测集均方误差为0.007 17,相对分析误差为331.973 18,预测点均落在克拉克网格误差分析图的A区。结果证明,将XGBoost算法应用到拉曼光谱血液成分定量分析中具有较高的预测精度,并且数据未经过预处理,可以有效缩短程序运行时间,其在拉曼光谱以及近红外光谱定量分析领域具有广阔的发展前景。     

人全血的毛细管显微拉曼光谱分析

血液中含有众多生物信息,如激素、酶、抗体等丰富的蛋白质成分。通过对血液中众多生物信息进行检测鉴定可以起到对该血液种属判定、溯源的目的。因此,血液检测技术的发展在诸如刑事案件侦破、物种鉴定、疾症预防等领域具有重要意义。目前,传统血液检测手段多为显微观测、免疫法、DNA/基因检测法等,这些技术会对血液样本造成不可逆转的破坏性,且存在分析周期长、结构装置复杂、试验价格昂贵等问题。随着激光技术的发展,拉曼光谱技术作为一种非线性散射光谱技术,在血液检测技术中得到了应用。在血液检测技术中,拉曼光谱技术通常与共聚焦显微系统结合,对涂在载玻片上或盛放在透明容器中的血液样品进行光谱信号采集。该技术具有快速、无损等优势,但复杂的光路系统及昂贵的实验装置限制了该技术的广泛推广。为提出一种装置简单、操作简便的血液拉曼检测新技术,研究采用基于毛细管的显微拉曼技术方案采集并分析人全血的拉曼信号。血液样品通过毛细管的虹吸效应取样,与载玻片的涂样方式相比毛细管的方案具有模拟人血管、维持血液活性、减小空气对实验过程中血液成分的影响、降低激光对血液样品的灼伤效果等优势。为避开可见光部分荧光较强区域的荧光干扰,研究采用360 nm紫外激光器作为激发光源,防止可见荧光信号的干扰。积分时间设为800 ms,有效避免因激光长时间照射对血液样品的灼伤效果,影响实验数据的稳定性与真实性,光谱平均次数为2次,避免单次测量所带来的数据的不准确性影响。光谱扫描范围为500～1 800 cm-1, 结果表明此范围内可较好的避开可见光部分荧光较强区域的干扰。测得的拉曼光谱信号通过滤波去噪及基线校正进行处理。首先采用5阶离散小波变换滤波,进行1层信号分解,滤除高频噪声信号,保留低频有效信号,从而去除杂散信号,对光谱有效信号进行提取。其次,采用4阶多项式拟合扣除基底的基线校正,实现人全血的毛细管显微拉曼光谱峰值信号的提取。最终,通过查询SDBS数据库以及人血样本通过reishaw共聚焦显微拉曼光谱仪测量所得光谱图进行验证发现测得信号中部分为人体内数种氨基酸成分的拉曼信号。实验研究发现,基于毛细管的显微拉曼实验系统与常规拉曼探头实验系统相比,拉曼信号更稳定、重复性高,可有效提取人全血中的拉曼光谱信号, 而其与高精度的共聚焦显微拉曼系统相比价格便宜、结构简单、易于推广等优点,但信号信噪比、有效信号的峰值强度上仍有进一步的提升,是一种测量人全血拉曼信号的可行方案。     

基于拉曼光谱的硝酸甘油对活体血液作用的实时分析

利用拉曼光谱对注射硝酸甘油后的活体裸鼠体内动脉血液进行实时连续无损的分析,每隔10s获取一个动脉血管内血液的拉曼光谱,光谱分析表明,活体血液的拉曼光谱主要体现在以下几个位置:1548,1618,1654cm-1(与蛋白质相关)和1125cm-1(与血糖相关)。通过分析部分特征峰发现注射硝酸甘油后在280~730s内光谱强度下降,表明体内血液浓度变稀,这可能是由于血管扩张引起的。峰强度在注射硝酸甘油前后的变化为:1548cm-1峰强度从1965.42降到1273.61,下降了35.2%,1125cm-1峰强度从411.59降到223.79,下降了46.63%,说明血液中蛋白质、血糖的含量有不同程度的减少,即裸鼠体内血液中的血红蛋白质发生变性、血糖含量明显降低。拉曼光谱活体实时分析技术为研究硝酸甘油代谢机理提供了新的技术和方法。     

近红外光谱无创血糖检测中有效信号提取方法的研究

糖尿病严重危害人类健康,无创血糖检测是医患双方的期望。人体生理背景成分复杂、易变,各种组织信息混杂,导致直接测量人体的近红外光谱很难真实反映血液中血糖浓度变化信息。提出血流容积差光谱相减法,即利用血流容积一直在变而人体组织背景和血液成分含量短时间不变的事实,通过相似背景扣除,有效消除人体组织背景干扰,获得反映血液成分信息的有效光谱信号。为验证方法的有效性,自行研制相关实验系统,获得系统噪声好于20 μAU,并在波长1 250 nm处取得信噪比为20 000∶1的有效光谱信号,阐明现有条件下血流容积差光谱相减法在近红外无创血糖检验临床应用的可行性和优势。     

二维相关光谱分析在无创血糖检测特异性研究中的应用

主要利用二维相关光谱分析方法考察了血液中主要成分、测量过程中的系统漂移等因素对近红外光谱中的葡萄糖分子特异性的影响。首先测量了葡萄糖水溶液的近红外透射光谱,以葡萄糖浓度为外扰,计算二维相关同步谱及异步谱,通过对比分析确定了葡萄糖在合频和倍频区域的特征吸收峰位置。当葡萄糖水溶液中加入少量白蛋白后,其二维相关谱中葡萄糖的一级倍频吸收峰(1 590 nm)和二级倍频吸收峰(1 195 nm)出现了不同源的现象,表明白蛋白可能破坏了葡萄糖的特异性;进一步开展了人体口服葡萄糖耐量实验,测量了手掌部位的漫反射光谱,其二维相关谱中葡萄糖的同源性吸收也遭到破坏。另外,由于葡萄糖浓度变化引起的光谱变异信息较小,很容易被系统漂移掩盖,一般需要进行背景修正。在葡萄糖水溶液的透射实验和人体漫反射实验中,分别引入纯水样本和5%标准漫反射板作为参考,以时间为扰动的二维相关光谱分析的结果表明,经过参考样本的背景校正后,系统漂移在二维同步切线谱中引起的谱峰偏移变小,葡萄糖的特征吸收被增强。因此,在近红外光谱无创血糖检测中,应尽量避开与葡萄糖特征吸收不同源的波段,并有必要采取一定的参考测量方法以提高检测的特异性。     

近红外光谱无创血糖检测的模拟样品试验研究

提出了采用牛奶作为模拟样品,对血糖测量中的测量方法和波长选择等基础问题进行了研究。在1560～1750nm和2090-2190nm的波段：对模拟样品的近红外漫反射光谱,分别采用多元散射校正(MSC)、一阶微分和矢量归一化进行预处理,用偏最小二乘法(PLS)建立了乳糖的校正模型。在2090～2190nm波段内,采用一阶微分配合多元散射校正,模型相关系数达到0．99,预测集样本的标准偏差(RMSEP)达到0．045。以上研究结果为血糖测量的深入研究提供了理论和实践上的指导。     

基于Raman光谱的人、犬、兔血液鉴别

多物种血液鉴别对于进出口检验检疫、刑事侦检以及野生动物保护等领域尤为重要。传统的血液鉴别方法,在鉴别时常常会对血液样本造成破坏,而Raman光谱作为一种振动光谱可获得物质分子振动、转动信息,进而分析物质组成,为无损血液鉴别技术提供了可能。目前,已经有基于Raman光谱进行血液鉴别的报道,但存在如下两个问题：单一物种样本数量较少,易导致模型欠拟合;均采用线性分类模型,忽略了光谱中非线性因素的影响,降低了模型的分类性能。因此,将支持向量机沿用至Raman光谱血液鉴别中,克服了线性模型只能为光谱中线性关系建模的缺点,有效地吸收了Raman光谱中的非线性关系,实现了对人、犬及兔血液的三分类。实验通过激发波长为785 nm的海洋Raman光谱仪测得共326例样本数据(人110例、犬116例、兔100例),利用Savitzky-Golay平滑滤波、加权最小二乘多项式拟合基线以及矢量归一化等方法对Raman光谱数据进行预处理,并选择2/3的样本数据作为校正集用于模型训练,余下1/3作为测试集用于盲测。与线性分类模型对比实验结果显示,该模型的校正集分类正确率达100%,盲测集分类正确率达93.52%,均优于线性分类模型。实验结果表明,基于支持向量机的分类模型可以用于Raman血液光谱鉴别,具有重要的研究价值和广泛的应用前景。     

本征拉曼光谱血液分析技术研究

本文介绍了一种基于拉曼光谱分析与漫反射光谱光度测试相结合的本征拉曼光谱光度测试验血分析技术,这是一种快速的,经皮肤的非入侵式验血技术,在血糖监测等重症护理,现场快速验血等领域有着广阔的应用前景。