Infrapunaspektroskoopia on keemiliste ühendite struktuurianalüüsi spektroskoopiline tehnika. Seda kasutatakse ka keemiliste ja bioloogiliste proovide ainete tuvastamiseks. Näiteks meditsiinis kasutatakse seda jälgimiseks hapnik tasemed veri intensiivravi patsientidest.
Mis on infrapunaspektroskoopia?
Infrapunaspektroskoopia on keemiliste ühendite struktuurianalüüsi spektroskoopiline tehnika. Näiteks meditsiinis kasutatakse seda jälgimiseks hapnik tasemed veri intensiivravi patsientidest. Infrapunaspektroskoopia (IR-spektroskoopia) põhineb energiaseisundite ergastamisel aastal molekulid by infrapunakiirgus lainepikkuste vahemikus 800 nm kuni 1 mm. Mõõtmise põhimõte on absorptsioon kiirgus kindlas lainepikkuste vahemikus, et ergastada funktsionaalsete rühmade diskreetset vibratsiooni ja pöörlemist. Neeldunud piirkond kuvatakse IR-spektri tipuna. Kuna vibratsioonilised olekud on iseloomulikud konkreetsetele aatomitele ja aatomirühmadele, annab piikide asukoht teavet molekulid. Mõõtmiseks võib kasutada mitut tehnikat. Näiteks ülekande tehnikas on infrapunakiirgus läbib proovi enne absorptsioon spekter salvestatakse. Pärast peegeldumistehnikat uuritakse peegeldunud kiirgust spektroskoopiliselt. Lisaks on olemas ka meetodid emissioonispektri registreerimiseks. Infrapunaspektroskoopia on jagatud kolmeks lainepikkuste vahemikuks: lähi-infrapuna (NIRS) 0.8–2.5 mikromeetrit, kesk- või klassikaline infrapuna 2.5–25 mikromeetrit ja kaug-infrapuna 25–1000 mikromeetrit.
Funktsioon, mõju ja eesmärgid
Tänapäeval kasutatakse infrapunaspektroskoopiat paljudes tööstuse, teadusuuringute või meditsiini valdkondades. Eriti lähi-infrapuna-spektroskoopial on kahe teise vormiga võrreldes mõningaid eeliseid. Suurema energia tõttu suudab lähi-infrapunavalgus proove paremini läbida või on vähemalt suurema läbitungimissügavusega. Juba selle eelise tõttu kasutatakse NIRS-i sageli meditsiinis. NIRS on ideaalne vesi sisu paljudes proovides. Seega saab paljude toitude niiskust, samuti valgu- ja rasvasisaldust hästi määrata. Seetõttu kasutatakse seda toiduainete- ja farmaatsiatööstuses protsesside juhtimisel. Rohkem kui 30 aastat on infrapuna-spektroskoopia meditsiinis ja neuroteaduses kindlalt integreeritud pildistamise tehnikana. Seda kasutatakse hapnik sisu veri, verevool või veri maht mitmesuguste elundite ja kudede Eriti aju, lihased või rind uuritakse selle meetodiga. Selle hapnikusisalduse määramise meetodi edu põhineb erinevatel absorptsioon hapnikuga rikastatud ja hapnikuvaene käitumine hemoglobiin. IR-spektrid registreeritakse a osana järelevalve dokumenteerides hapnikusisalduse muutused ajas. Samal ajal saab neid väärtusi kuvamistehnika abil kuvada. Seda põhimõtet kasutatakse ka verevoolu ja vere jälgimiseks maht erakorralistel patsientidel. Seetõttu kasutatakse NIRS-i üha enam erakorralises ja intensiivravi meditsiinis, et tagada patsiendile pidev hapnikuvarustus. Meetod on oma mõõtmist ka tõestanud aju aktiivsus. Selle määramisel muutuvad hapniku dünaamilised muutused kontsentratsioon vere verest aju mõõdetakse läbi pealuu. See on võimalik, kuna lähedase infrapunavalguse läbitungimissügavus on suur. Põhinedes kontsentratsioon hapniku muutused, tugevus ajutegevusest võib järeldada. Eeldatakse, et kõrge hapnikusisaldus teatud ajupiirkonnas viitab seal suurenenud aktiivsusele. Sel viisil tuleb tuvastada neuroloogilised haigused. Lisaks viiakse läbi teaduslikke uuringuid hapnikuvajaduse ja ajutegevuse seose täiendavaks uurimiseks. Kuna valgud, süsivesikuid, lipiidid ja nukleiinhapped võib anda vihjeid selliste haiguste kohta nagu Alzheimeri haigus, hulgiskleroos, artriit või teatud tüüpi vähkon mõnda aega läbi viidud ka teaduslikud uuringud, et selgitada nende ainete struktuuri koes IR-spektroskoopia abil. Erilist rõhku pannakse koetüüpide klassifitseerimisele, ilma et oleks vaja värvimistehnikaid. Kehavedelikud nagu sülg, vereplasma, uriin või sünoviaalvedelik saab ka analüüsida glükoos, lipiidid, kolesterooli, uurea, valku või fosfaat kasutades IR-spektroskoopiat. Laienemiseks tehakse endiselt teaduslikke uuringuid glükoos määramine infrapunaspektroskoopia abil. Eesmärk on vere kiire määramine glükoos kontsentratsioon diabeetikutest.
Riskid, kõrvaltoimed ja ohud
IR-spektroskoopia kasutamisel meditsiinidiagnostikas pole ohtusid oodata. See on mitteinvasiivne valutu meetod ilma täiendava kiirituskoormuseta. Madala energia tõttu on geneetilise materjali kokkupuude välistatud. Põhimõtteliselt puutuvad inimesed pidevalt kokku infrapunakiirgus (soojuskiirgus). Meetodi hea taluvus on ideaalne eeldus selle laialdaseks kasutamiseks meditsiinis. Kuid selle kõikehõlmaval rakendusel on tänapäevalgi piirid. Kombineerituna teiste pildistamismeetoditega on diagnostikas siiski saavutatud märkimisväärset edu. Nagu eespool mainitud, püütakse diabeetikutel praegu optimeerida glükoosi määramist. Eelkõige peaksid kiire analüüsi tagama mitteinvasiivsed meetodid, näiteks IR-spektroskoopia. Siiani pole selles valdkonnas läbimurret siiski saavutatud. Suur osa teadustööst tuleb teha ka muudes valdkondades. Näiteks toob ajutegevuse mõõtmine esile pöördprobleemi mitte ainulaadsuse. Lõppude lõpuks ei registreerita ajutegevust otseselt, vaid ainult hapniku kontsentratsiooni muutust veres. Seetõttu saab järeldada ainult suurenenud aktiivsust. Korrelatsiooni kontrollimiseks tuleb läbi viia täiendavad uuringud ja võrdlused teiste meetoditega. Üldiselt sobib meditsiinis kasutamiseks ainult lähi-infrapuna-spektroskoopia (NIRS). Kesk- ja kaug-infrapunakiirguse kiirgus ei suuda tungida sügavale koesse.
