使用傅里叶变换红外光谱学定量测定的葡萄糖在全血浓度.docx

使用傅立叶变换红外光谱法定量测定全血中的葡萄糖浓度摘要：傅里叶变换红外透射光谱已经用于测定来自28个患者的全血样品中的葡萄糖浓度。使用光谱范围950-1200cm -1的4-向量偏最小二乘法校准模型产生独立测试集的0.59mM的标准误差预测。对于来自单个患者的血液样品，我们发现葡萄糖浓度与在1082cm -1和1093cm -1处的二阶导数光谱的值之间的差异成比例。这种光谱学可以单独的使用特定的波数来测定来自单个患者的血浆样品中的葡萄糖浓度，预测误差为0.95mM。引言血液中葡萄糖的定量是临床分析中一个持续的研究领域。血液中葡萄糖浓度的测定对于糖尿病的治疗和控制是至关重要的（Shamoon等1993，Nathan 1996），对关键病房患者的监测，特别是在特殊护理新生儿单位的早产儿。由于许多潜在的优点，红外（IR）光谱学已经吸引了对血液和血清研究的许多关注：不需要试剂，可以从单个光谱确定多于一种分析物的浓度，并且该方法适合于自动化.（霍尔和波拉德，1992年，哈森等人，1998，肖和Mantsch2000年,海泽和比特，1997年，哈兰等人1992年，哈利勒1999，阿诺德1996，海泽等人1989，波拉德等人1993，Ward等1992）以前的研究已经表明，傅立叶变换红外光谱（FTIR）可用于在中红外范围内测定血液中的葡萄糖。已经对液体样品采用了衰减全反射（ATR）技术，其与偏最小二乘法（PLS）校准模型组合产生了在0.8-1.1mM范围内的标准误差预测（海泽等人1989，波拉德等人1993，Ward等人1992）。然而，蛋白质在ATR晶体上的吸收是该技术的缺点。因此，在另一种方法中，将血液或血清样品沉积在聚乙烯卡片或IR-窗口基底上并干燥以消除水的吸收。对于血清中的葡萄糖和对于血液中的葡萄糖，所获得的标准误差预测值为0.41mM（Budinova等人1997，Shaw等人1998）。在这些测量中，将硫氰酸钾加入到血液或血清样品中作为内部参考以补偿膜厚度和样品量的变化。由于其粘度和高颗粒含量（全血含有约45％的细胞组分），以及高水分背景吸收，中红外透射测量长期以来被认为是用于全血分析差的技术。然而，尽管有这些问题，使用FTIR透射光谱法对全血中的葡萄糖进行直接测定。在本文中，我们从28名患者的全血样本中葡萄糖浓度的定量测定来提供详细的结果表明使用FTIR透射光谱和PLS校准模型的效果。我们讨论了PLS模型中光谱范围和矢量数量对预测精度的影响。此外，我们得知葡萄糖浓度可以直接从两个特定波长透射光谱的二阶导数确定，这可能有利于该技术的实际实施。二．实验细节通过用去离子水适当稀释预制备的32g / dl D-葡萄糖溶液，将葡萄糖水溶液样品制备成各种浓度。所使用的血液样品取自常规临床预约的28名匿名患者。将这些静脉全血样品直接收集到氟化物/ EDTA管（氟化物抑制糖酵解和EDTA作为抗凝血剂）中，并在测量前在4℃冷藏储存。从接收到实验室的2小时内，通过实验室参考方法（Dade Behring Dimension 尺寸分析仪）直接分配新孔样品的葡萄糖浓度，发现其范围为2.4至29.0毫米。该临床方法在5.0mM和20mM的葡萄糖水平下的一批内的变异系数小于2％。所有透射光谱用配备有Ge / KBr分束器和液氮冷却的汞 - 碲化镉（MCT-316）检测器的Bruker IFS113V光谱仪记录。整个使用具有KRS-5窗口和25μm特氟隆间隔物的液体池（池体积10μl）。对于全血测量，首先使用注射器（1ml）将500μl样品通过液体细胞冲洗。在测量之后，用1毫升去离子水在相反方向上清洁液体电池。在所有FTIR红外光谱测量期间，样品的温度保持恒定（22±2℃），以使由于温度变化的光谱变化最小化。在500cm -1至7000cm -1（4cm -1分辨率，四点变迹和零填充因子为2）的光谱区域中进行三十二次扫描用于数据采集。在用于进一步的数据分析之前，使所有光谱用标准Savitzky-Golay方法（13个平滑点）测量三.结果与讨论图一水性葡萄糖样品（60mM）及其相应的二次衍生物的测量（空心圆）和模拟（实线）FTIR透射光谱。 3.1 葡萄糖水样品图1显示了在950-1200cm -1光谱范围内60mM含水葡萄糖样品的FTIR透射光谱，归一化为去离子水谱。在这个光谱范围内的吸收特征主要是由于CC和CO拉伸模式以及OCH，COH和CCH基团的变形（Buslov等人1999，Kacurakova和Mathlouthi 1996）。图1还表示出了洛伦兹振荡器模型的结果，其使用八个振荡器的和来在该光谱范围上模拟葡萄糖光学吸收系数α其中Vj和Гj和Sj是中心波数（单位是cm-1）,线宽（单位是cm-1），振子强度。分别的，ε00表示电子对复介电常数的