Bài giảng Quang học kỹ thuật và ứng dụng: Chương 2 - TS. Phạm Thị Hải Miền

Bài giảng Quang học kỹ thuật và ứng dụng - Chương 2: Phương pháp phổ tử ngoại và khả kiến cung cấp cho người học các kiến thức: Cơ sở lý thuyết, kỹ thuật thực nghiệm, ứng dụng của phổ UV-VIS trong y sinh học. Mời các bạn cùng tham khảo.

CHƯƠNG 2 PHƯƠNG PHÁP PHỔ TỬ NGOẠI VÀ KHẢ KIẾN

1 Cơ sở lý thuyết

2 Kỹ thuật thực nghiệm

3 Ứng dụng của phổ UV-VIS trong y sinh học

1 CƠ SỞ LÝ THUYẾT

Electron trong phân tử

Electron lớp trong:

không tạo liên kết

Electron lớp ngoài (hoá trị)

4 3

Sơ đồ các mức năng lượng

và các bước chuyển năng lượng trong phổ điện tử

σσ* - tử ngoại xaππ*, nπ* - tử ngoại gần, khả kiến

2 KỸ THUẬT THỰC NGHIỆM

Cấu tạo máy quang phổ hấp thụ UV-VIS

- Đo vùng tử ngoại: dùng Cuvet thạch anh

- Đo vùng khả kiến: dùng Cuvet thạch anh, thủy tinh, nhựa

Detector: Bộ phận chủ yếu là tế bào quang điện

Sơ đồ nguyên lý máy quang phổ hấp thụ UV-VIS hai chùm tia

Kỹ thuật định lượng bằng phổ UV-VIS:

a Chọn bước sóng: chọn bước sóng ứng với cực đại hấp thụ lớn nhất Tại max, sai số bước sóng ít ảnh hưởng.

b Chọn khoảng nồng độ thích hợp: khoảng nồng độ trong đó quan hệ giữa A và C là tuyến tính.

c Chọn dung môi:

- Dung môi không được hấp thụ ở vùng phổ cần đo Người ta thường dùng các loại dung môi như: methanol, ethanol, hoặc các loại dung môi không màu như chloroform, dioxane, benzen…

- Dung môi không lẫn tạp chất.

- Dung môi không phân cực tốt hơn dung môi phân cực.

4 ỨNG DỤNG CỦA PHỔ UV-VIS

TRONG Y SINH HỌC

Máy quang phổ UV - VIS được sử dụng rộng rãi trong ngành công nghiệp hóa học, sinh học, công nghệ thực phẩm, đồ uống cũng như môi trường.

 Phân tích các hoá chất vô cơ hay hữu cơ.

 Phân tích sự an toàn của thực phẩm.

 Phân tích máu huyết.

 Phân tích DNA/RNA, protein.

 Phân tích dược phẩm, nông dược.

 Phân tích lượng chlorine trong nước sinh hoạt.

ỨNG DỤNG KỸ THUẬT HUỲNH QUANG

TRONG CHẨN ĐOÁN CÁC BỆNH LÝ KHOANG MIỆNG

TỔNG QUAN

Các bệnh lý về miệng thường rất nguy hiểm do không chẩn đoánsớm

Bạch sản ở bờ lưỡi (A); Biểu mô này do hiện

tượng tăng gai và tăng sừng (B) Viêm tăng sản nướu

Ung thư

Thiết bị Indentafi 3000 (R) Ultra Thiết bị Velscope

Những thiết bị sử dụng tính chất phát huỳnh quang của mô miệng đểphát hiện bệnh lý bằng mắt thường và bằng phương pháp ảnh huỳnhquang

CẤU TẠO NIÊM MẠC MIỆNG

Niêm mạc: lót ẩm của đường tiêu

hóa, đường mũi và khoang khác

trong cơ thể tiếp xúc với bên ngoài

Trong khoang miệng màng được gọi

là màng nhầy miệng hoặc niêm mạc

Một số Fluorophore chính trong niêm mạc miệng

Fluorophores

Bước sóng kích thích (nm)

Bước sóng phát quang (nm)

(1) Đầu đèn gắn LED công suất(2) Thân đèn

(3) Đuôi đèn(4) Kính lọc UV bandpass UG-1(5) LED công suất

(6) Pin 4,5V

Đèn PIN huỳnh quang

Khoang miệng khỏe mạnh

Ảnh chụp bờ lưỡi chiếu bởi ánh sáng thường (A) và đèn PIN 380nm (B)

Lưỡi bệnh nhân bị bạch sản (leukoplakia) dưới ánh sáng thường (A); ảnh huỳnh quang bước sóng kích thích 380nm sử dụng thiết bị Multispectral

Digital Microscope

Ảnh chụp lưỡi chiếu bởi ánh sáng thường (A) và đèn PIN380nm (B)

Ung thư biểu mô tế bào vảy bụng lưỡi bên trái dưới ánh sáng

thường(A); ảnh huỳnh quang sử dụng thiết bị Indentafi (R) 3000 Ultra

Lưỡi bình thường và lưỡi được kích thích

bởi đèn PIN

Lưỡi được chụp bằng thiết bị Velscope

=> Trên lưỡi xuất hiện màu cam đỏ, màu này do các vi khuẩn pophyrin phát ra , những dấu chấm đen nhỏ, đó chính là các nhú dạng gai

ỨNG DỤNG KỸ THUẬT HUỲNH QUANG

TRONG CHẨN ĐOÁN CÁC BỆNH DA LIỄU

CẤU TRÚC SINH HỌC MÔ DA

Các bệnh về da thường tập

trung ở lớp biểu bì

TÍNH CHẤT PHÁT QUANG CỦA DA

Thành phần hấp thụ của mô da Thành phần phát quang của mô da

TÍNH CHẤT QUANG HỌC CỦA DA

 Thành phần hấp thụ chủ yếu trong lớp biểu bì là melanin

 Lớp hạ bì hấp thụ chủ yếu trong phạm vi quang phổ nhìn thấy

được do hemoglobin trong máu, carotene và bilirubin

 Sự hấp thu của hemoglobin và nước của lớp hạ bì và chất béo của lớp biểu bì da xác định các tính chất hấp thu của toàn bộ da

 Bằng chứng thực nghiệm cho thấy tổn thương da bất thường có đặc tính quang học khác với da thường

A: Chụp thường B: Phóng đại 10x C: Phóng đại 50x

A: Ánh sáng thườngB: Bước sóng 365nm

Vùng chữ U Vùng chữ T

 3

HUỲNH QUANG DA VẨY NẾN

ỨNG DỤNG KỸ THUẬT HUỲNH QUANG

TRONG PHÁT HIỆN BỆNH SÂU RĂNG

DENTAL CARIES

CAUSES

STAGES

DETECTION OF DENTAL CARIES

Visual-tactile examination X-ray

Caries detection methods should be capable of detecting lesions at an early stage, when progression can be arrested or reserved, avoiding premature tooth treatment by restorations However, none of the above mentioned methods fulfill this requirement.

FLUORESCENCE CAMERA

 Violet LED light stimulates

porphyrins, special metabolites of

cariogenic bacteria, to emit red light

 Sound enamel gives off green light.

 Reliable recognition and visualisation

of plaque and early enamel caries.

 Diagnostics, communication,

therapeutic care and documentation.

 Safety (non-ionizing radiation).

 Quick time test.

A - white light B - UVA light

C - white light, magnified 10x

D - UVA light, magnified 10x

Dental caries:

A - white light B - UVA light

C - white light, magnified 10x

D - UVA light, magnified 10x

FLUORESCENCE IMAGES

Hidden caries:

 Hidden caries is a carious lesion

seen in dentine on a bitewing

radiograph where clinically the

enamel appears sound or only

minimally demineralized (Figure

A-C).

 Under UVA stimulation, a small

red spot appeared (Figure D).

 To confirm the presence of a

hidden caries, this area was ground

from the surface to the dentin layer

until the cavity appeared (Figure B)

FLUORESCENCE SPECTRA

Sound teeth Caries teeth

 Sound teeth emit blue – green light on the white background.

Caries teeth emit red light.

DESIGN OF FLUORESCENCE CAMERA

 Power supply: USB 2.0 (5V), battery 9V

 Transmission path: USB 2.0, via cable

 Handpiece weight: ~ 50 g (without

battery and cable)