Infraroodspectroscopie is een spectroscopische techniek voor de structurele analyse van chemische verbindingen. Het wordt ook gebruikt om stoffen in chemische en biologische monsters te detecteren. In de geneeskunde wordt het bijvoorbeeld gebruikt om te monitoren zuurstof niveaus in de bloed van intensive care-patiënten.
Wat is infraroodspectroscopie?
Infraroodspectroscopie is een spectroscopische techniek voor de structurele analyse van chemische verbindingen. In de geneeskunde wordt het bijvoorbeeld gebruikt om te monitoren zuurstof niveaus in de bloed van intensive care-patiënten. Infraroodspectroscopie (IR-spectroscopie) is gebaseerd op de excitatie van energietoestanden in moleculen by Infrarood straling in het golflengtebereik van 800 nm tot 1 mm. Het principe van de meting is de absorptie van straling in een specifiek golflengtebereik om discrete trillings- en rotatietoestanden van functionele groepen op te wekken. Het geabsorbeerde gebied wordt weergegeven als een piek in het IR-spectrum. Omdat de vibratietoestanden kenmerkend zijn voor specifieke atomen en groepen atomen, geeft de locatie van de pieken informatie over de structuur van de moleculen Voor het meten kunnen verschillende technieken worden gebruikt. In de transmissietechniek bijvoorbeeld, de Infrarood straling passeert het monster voordat de absorptie spectrum wordt geregistreerd. Na de reflectietechniek wordt de gereflecteerde straling spectroscopisch onderzocht. Verder zijn er ook methoden om emissiespectra vast te leggen. Infraroodspectroscopie is onderverdeeld in drie golflengtebereiken: nabij-infrarood (NIRS) van 0.8 tot 2.5 micrometer, midden- of klassiek infrarood van 2.5 tot 25 micrometer en ver-infrarood van 25 tot 1000 micrometer.
Functie, effect en doelstellingen
Tegenwoordig wordt infraroodspectroscopie op veel gebieden van de industrie, het onderzoek of de geneeskunde gebruikt. Vooral nabij-infraroodspectroscopie heeft enkele voordelen ten opzichte van de andere twee vormen. Door zijn hogere energie kan het nabij-infrarood licht de monsters beter doorkruisen of heeft het tenminste een grotere indringdiepte. Alleen al vanwege dit voordeel wordt NIRS vaak in de geneeskunde gebruikt. NIRS is ideaal voor het bepalen van de water inhoud in veel voorbeelden. Zo kunnen zowel het vochtgehalte als het eiwit- en vetgehalte van veel voedingsmiddelen goed worden bepaald. Het wordt daarom gebruikt bij procesbesturing in de voedings- en farmaceutische industrie. Al meer dan 30 jaar is nabij-infraroodspectroscopie stevig geïntegreerd als beeldvormende techniek in de geneeskunde en neurowetenschappen. Het wordt gebruikt om het zuurstof inhoud in het bloed, de bloedstroom of het bloed volume van verschillende organen en weefsels. Vooral hersenen, spieren of borst worden met deze methode onderzocht. Het succes van deze methode voor het bepalen van het zuurstofgehalte is gebaseerd op het verschil absorptie gedrag van zuurstofrijk en zuurstofarm hemoglobine IR-spectra worden opgenomen als onderdeel van een Grensverkeer proces, waarbij de veranderingen in het zuurstofgehalte in de loop van de tijd worden gedocumenteerd. Tegelijkertijd kunnen deze waarden worden weergegeven met behulp van beeldvormende technieken. Dit principe wordt ook gebruikt om de bloedstroom en bloed te controleren volume bij spoedpatiënten. Als gevolg hiervan wordt NIRS nu in toenemende mate gebruikt in de spoedeisende geneeskunde en de intensive care om te zorgen voor een continue toevoer van zuurstof naar de patiënt. Ook voor meten heeft de methode zijn waarde bewezen hersenen activiteit. Bij het bepalen ervan verandert de dynamiek in de zuurstof concentratie van het bloed in de hersenen worden gemeten door het kalotje. Dit is mogelijk doordat het nabij infrarood licht een grote indringdiepte heeft. Gebaseerd op de concentratie veranderingen van zuurstof, de sterkte van hersenactiviteit kan worden afgeleid. De aanname is dat een hoog zuurstofgehalte in een bepaald hersengebied duidt op verhoogde activiteit daar. Op deze manier kunnen neurologische aandoeningen worden opgespoord. Bovendien worden er wetenschappelijke studies uitgevoerd om de relatie tussen zuurstofbehoefte en hersenactiviteit verder te onderzoeken. Omdat de structuur en interactie van eiwitten, koolhydraten, lipiden en nucleïnezuren kan aanwijzingen geven voor ziekten zoals Alzheimer ziekte, multiple sclerose, artritis of bepaalde soorten kankerer worden ook al enige tijd wetenschappelijke studies uitgevoerd om de structuur van deze stoffen in weefsel op te helderen met behulp van IR-spectroscopie. Bijzondere nadruk wordt gelegd op de classificatie van weefseltypen zonder dat er kleuringstechnieken nodig zijn. Lichaamssappen zoals speeksel, bloedplasma, urine of synoviale vloeistof kan ook worden geanalyseerd glucose, lipiden, cholesterol, ureum, proteïne of fosfaat met behulp van IR-spectroscopie. Er worden nog steeds wetenschappelijke studies uitgevoerd om uit te breiden glucose bepaling met behulp van infraroodspectroscopie. Het doel is om snel het bloed te bepalen glucose concentratie van diabetespatiënten.
Risico's, bijwerkingen en gevaren
Er worden geen gevaren verwacht bij het gebruik van IR-spectroscopie bij medische diagnostiek. Het is een niet-invasieve pijnloze methode zonder enige extra blootstelling aan straling. Door het lage energieverbruik is blootstelling van het genetisch materiaal uitgesloten. Mensen worden in principe constant blootgesteld aan Infrarood straling (warmtestraling). De goede tolerantie van de methode is de ideale voorwaarde voor een brede toepassing in de geneeskunde. De allesomvattende toepassing heeft echter nog steeds zijn grenzen. In combinatie met andere beeldvormingstechnieken is er echter aanzienlijk succes geboekt in de diagnostiek. Zoals hierboven vermeld, worden momenteel pogingen gedaan om de glucosebepaling bij diabetici te optimaliseren. Met name niet-invasieve methoden zoals IR-spectroscopie moeten een snelle analyse garanderen. Op dit gebied is tot op heden echter geen doorbraak bereikt. Ook op andere gebieden moet nog veel onderzoek worden verricht. De meting van hersenactiviteit benadrukt bijvoorbeeld de niet-uniciteit van het omgekeerde probleem. De hersenactiviteit wordt immers niet direct geregistreerd, maar alleen de verandering in zuurstofconcentratie in het bloed. Daarom kan alleen een verhoogde activiteit worden geconcludeerd. Om de correlatie te verifiëren, moeten verdere studies en vergelijkingen met andere methoden worden uitgevoerd. Over het algemeen is alleen nabij-infraroodspectroscopie (NIRS) geschikt voor gebruik in de geneeskunde. Midden- en ver-infrarood lichtstraling kan niet diep in het weefsel doordringen.
