一种快速和无农药血红蛋白检测法与光热角光散射
Summary
A photo-thermal angular light scattering (PT-AS) sensor enables the rapid and chemical-free hemoglobin assay of nanoliter-scale blood samples. Here, details of the PT-AS setup and a measurement protocol for the hemoglobin concentration in blood are provided. Representative results for anemic blood samples are also presented.
Abstract
光热角光散射（PT-AS）是用于测量血液样本的血红蛋白浓度（[血红蛋白]）一种新颖的光学方法。对血红蛋白分子的固有光热响应的基础上，该传感器可实现高灵敏度，[血红蛋白]的无化学计量。 [血红蛋白] 0.12克/分升以上0.35的范围内的极限检测能力 – 17.9克/ dl的先前已证实。该方法可容易地使用便宜的消费电子设备，诸如激光指示器和网络摄像头实现。作为血液容器使用微毛细管还使用纳升规模的血容量和低运行成本的血红蛋白测定。这里，对于对PT-AS光学设置和信号处理程序的详细说明介绍。实验方案和用于贫血的条件血样代表性的结果（[血红蛋白] = 5.3，7.5，和9.9克/分升）也提供，并测量与这些往复相比马血液分析仪。其在实施和操作简单应使其广泛应用在临床实验室和资源有限的环境。
Introduction
验血通常以评估整体的人类健康和检测与某些疾病生物标志物。例如，在血液中的胆固醇浓度用作用于高脂血症的标准，这是密切相关的心血管疾病和胰腺炎。血糖含量应经常测量，如葡萄糖水平与并发症如糖尿病酮症酸中毒和高血糖高渗综合征。严重的疾病，如疟疾，人类免疫缺陷病毒和获得性免疫缺陷综合征是由血液检查确诊，和血液成分，包括红细胞，血小板的量化和白细胞使胰腺和肾脏疾病筛查。
血红蛋白，血的关键组成部分，构成了红细胞的约96％，并输送氧气到人体器官。其质量浓度显著改变（[血红蛋白]）可能表明我tabolic变化，肝胆疾病，和神经，心血管及内分泌紊乱1。 [血红蛋白]因此在常规验血测量。尤其是贫血患者，透析患者和孕妇强烈建议监察[血红蛋白]作为一个重要的任务2。
各种[血红蛋白]检测方法就这样被开发。血红蛋白氰化法，对于[血红蛋白]量化最常用的技术之一，使用氰化钾（KCN）摧毁红细胞3的脂质双层。通过在540nm附近的化学展品高吸收产生的氰化物血红蛋白;因此，[血红蛋白]测量值可以通过比色分析进行。这种方法由于其简单性广泛采用，但所采用的化学品（ 如 ，KCN和dimethyllaurylamine氧化物）是有毒的对人体和环境。血细胞比容方案测量与总血液体积的红血细胞的体积比乌梅通过离心分离;然而，它需要一个相对大的血液量（50-100微升）4。分光光度法测量方法[血红蛋白]正是没有任何的化学物质，但在多个波长和大血容量测量需要5,6。同样，用于测量[血红蛋白]几种光学方法已经提出了包括基于光散射的检测方法，但其测量精度上的理论血模型的准确度在很大程度上取决于。
为了克服这些限制，基于血红蛋白的光热（PT）作用[血红蛋白]检测方法近来已经提出7。血红蛋白，它是由主要是铁的氧化物，在532纳米吸收光的光能量转换成热8-10。这个PT温度增加可以光学地通过测量血液样品的折光指数（RI）的变化来检测。 Yim 等。就业谱域光学相干reflectometry以测量在含有血液室11在PT光路长度变化。虽然该方法能够化学 – 自由和直接[血红蛋白]测定，使用分光计和干涉装置可阻碍其小型化。我们最近提出一种替代[血红蛋白]检测方法，称为光热角光散射（PT-AS）的传感器，它更适合于设备的小型化12。在PT-AS传感器利用了背散射干涉（BSI）的高RI灵敏度测量毛细管内的血液样品的RI PT变化。 BSI已用来测量各种解决方案13-15中RI和监测在自由溶液16生物化学相互作用。该PT-AS传感器采用类似的光学结构为BSI，但结合光热激发的设置来测量血液样本中的RI PT增加。在BSI和PT-AS传感器的工作原理进行了详细的描述别处<sup> 12,15。 PT-AS传感器表现出高灵敏度[血红蛋白]测量在很宽的检测范围（0.35-17.9克/分升），并能够与<100 NL的样品体积运行。血液试样的无预处理是必需的，并且在测量时间仅为〜5秒。在这里，实验装置和详细的测量协议进行说明。使用血液样品从贫血患者提供代表的PT-AS的结果，其结果对那些从血液分析仪比较，以评估对PT-AS传感器的精度。
Protocol
Representative Results
Discussion
在PT-AS传感器表示能够未处理的血液样本的直接[血红蛋白]测量的全光学方法。的方法，使用在红细胞的血红蛋白分子的内在的PT响应量化[血红蛋白]血液中。下通过532纳米的光照射，血红蛋白分子吸收的光的能量，并产生热量。所得温升改变血样的RI。 BSI的高灵敏度RI被利用来测量血液中这种RI变化。先前，我们表明，在PT-AS传感器使[血红蛋白]测量0.12克/分升以上0.35-17.9克/分升，这与在市场上的商…
Disclosures
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
This research was supported by the research programs of the National Research Foundation of Korea (NRF) (NRF-2015R1A1A1A05001548 and NRF-2015R1A5A1037668).
Materials
| 650nm laser pointer | LASMAC | LED-1 | Probe light |
| Hollow round glass capillaries | Cm Scientific | CV2033 | Blood sample container |
| Webcam | Logitech | C525 | CMOS optical sensor |
| 532-nm DPSS laser | CNI Laser | MGL-Ⅲ-532 | Photothermal light source |
| Optical chopper system | Thorlabs | MC2000-EC | Optical chopper |
| Plastic long-pass filter | Edmund Optics | #43-942 | To reject 532-nm PT excitation light |
| Fiber clamp | Thorlabs | SM1F1-250 | Capillary tube fixture |
| EDTA coated blood sampling tube | Greiner Bio-One | VACUETTE 454217 | Blood sampling & anticoagulating |
| Hematology analyzer | Siemens AG | ADVIA 2120i | Reference hematology analyzer |
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