Техника - молодёжи 2009-01, страница 15
через диафрагму, преобразуется в плотный параллельный поток излучения 5. Далее, пройдя через полупрозрачное зеркало 6, он разделяется на два одинаковых по интенсивности световых потока: на опорный световой луч 7 и проходящий световой луч 8. Глюкоза в крови содержится в виде водного раствора, и чтобы определить точное её содержание, необходимо произвести отделение спектра глюкозы от спектра растворителя. Далее проходящий луч направляется на кювету 11, содержащую водный раствор глюкозы (при этом поглощаются две линии спектра - воды и глюкозы), а опорный луч - на кювету 9 с растворителем (при этом поглощается одна линия спектра - воды). Из каждого из этих потоков соответственно выделяются возникшие за счёт резонансного поглощения флуоресцентные излучения молекул раствора глюкозы в воде (регистрируется датчиком фотоприёмника 12) и воды (регистрируется датчиком фотоприёмника 10). Преобразованные в электрические сигналы спектры излучений попадают в измерительный электронный блок 15, где происходит вычитание электрических сигналов, поступивших от усилителей 13 и 14. Полученный в результате показатель содержания глюкозы в крови отображается на дисплее 16. При применении спектрометрических методов измерения в биологической ткани необходимо, чтобы после рассеяния в ней световой луч выходил с интенсивностью (рис. 2), достаточной для определения концентрации молекул глюкозы на фоне всех остальных молекул биологической ткани, на которых свет также рассеивается, то есть для вычленения спектра глюкозы из огромного числа гармоник (спектров) веществ, находящихся в крови человека. Таким образом, интенсивность рассеянного луча лазера играет в измерениях рассматриваемого метода решающую роль. Чтобы проверить теоретический расчёт этого параметра, был изготовлен лабораторный стенд с использованием серийного оптического спектрометра. Изменением световой интенсивности в оптическом приборе были установлены пределы её максимальной активности в рассматриваемых кюветах с водой и раствором глюкозы. Таким образом визуально наблюдалось появление и поглощение спектральных линий глюкозы и воды и изменение их яркости на фоне общего спектра. Результаты эксперимента совпали с расчётными данными, которые и являются на сегодня основополагающими для создания приборов НИКС («Неинвазивное измерение содержания сахара в крови») и нано-НИКС. ! ¥ Рис. 2 -ехр(-д z) СП I Относительная толщина биологического образца z/1 Основные параметры Мощность лазерного источника света — не более 10 мВт Длина волны — 640 нм (красный свет) Толщина кюветы — 1 см Толщина плёнки — 100 мк Концентрация раствора глюкозы — 0,1 моль/л Чувствительность фоторегистрирующих датчиков — не менее 0,007 мВ Функциональная схема прибора нано-НИКС: График зависимости интенсивности рассеяния луча от толщины биологического образца 1- бипризма; 2 - фоторезистор 1; 3 - кристалл сахара; 4 - биосреда; 5 - лазерный диод; В - компенсирующая пластина; 7 - фоторезистор 2; 8 - блок электроники; 9 - фокусирующая линза; 10- отражающее зеркало Прибор нано-НИКС (рис. 3) представляет собой малогабаритный молекулярный спектрометр (размером с клипсу). Прикреплённая на мочке уха лазерная клипса диаметром в 1 см, соединённая по беспроводной связи с мобильным телефоном, дооснащённым функцией «Диабет», позволит в любой момент и совершенно безболезненно узнать на дисплее содержание сахара в своей крови. Сохранение без потерь необходимой (заданной) световой интенсивности при работе прибора нано-НИКС можно организовать исключительно при применении нанотехнологий как при его сборке, так и при изготовлении отдельных элементов конструкции. В приборе нано-НИКС водный раствор глюкозы в одной из кювет заменён на твёрдую фазу - кварц, в виде плёнки с расчётной толщиной и расчётным процентным содержанием глюкозы в её объёме. Плёнка с сахаром исполняет роль спектрометрирующей пластины. Плёнки с заданным содержанием химических элементов, с равномерным их распределением по объёму, широко используются в народном хозяйстве и не содержат технологических трудностей в своём изготовлении. |
