Акустооптический метод измерения уровня сахара в биожидкостях

Раздел I. Окружающая среда и здоровье людей

Н.Н. Чернов, А.Л. Лобанов

АКУСТООПТИЧЕСКИЙ МЕТОД ИЗМЕРЕНИЯ УРОВНЯ САХАРА В БИОЖИДКОСТЯХ

Сахарный диабет - очень распространенное заболевание. Им страдает от 2 до 4 % населения. По данным статистики, 50 % больных сахарным диабетом умирает от инфаркта миокарда.

Ранняя диагностика сахарного диабета, неинвазивный мониторинг заболевания позволяет значительно уменьшить риск прогрессирования болезни. Для решения этой задачи необходима разработка и создание портативных неинвазивных индивидуальных приборов постоянного контроля сахара в крови или других биологических жидкостях.

Существуют различные методы неинвазивного мониторинга, среди которых можно выделить импедансный метод, биологический и акустооптический методы.

Импедансный метод основан на измерении проводимости тканей. Как известно, проводимость ткани определяется жидкими средами с растворенными в них электролитами. Метод заключается в измерении сопротивления (импеданса) собственных тканей организма или жидкостей до и после воздействия низкоамплитудного тока (0,1 - 0,4 мА) различной частоты (40 - 100 кГц).

Основные причины, сдерживающие использование импедансного метода для оценки параметров крови, сводятся к следующему: отсутствие достоверных знаний о влиянии психофизиологического состояния человека на проводимость различных биологических материалов. Формулы, используемые для оценки биологический потенциалов, носят эмпирический характер и имеют низкую точность, не превышающую 10 %.

Биологический метод позволяет судить о присутствии какого-либо вещества или его количественном содержании по характеру и величине его воздействий на определенный организм, взятый как индикаторный.

Хотя биосенсоры в настоящее время и применяются на практике, они имеют недостатки, есть трудности и при их изготовлении. Например, покрытие преобразователя слоем мембраны должно быть воспроизводимо. Кроме того, биосенсоры со сравнительно толстыми мембранами дают большое время отклика, имеются сложности и при их градуировке.

Акустооптические устройства позволяют управлять амплитудой, частотой поляризации, спектральным составом светового сигнала и направлением распространения светового луча. Важной областью практического применения акустооптиче-ских эффектов являются системы обработки информации, в которых акустоопти-ческие устройства используются для обработки СВЧ-сигналов в реальном масштабе времени.

Под действием механических деформаций, переносимых звуковой волной, возникает пространственная модуляция оптических свойств среды, обусловленная упругооптическим, или фотоупругим, эффектом. Оптические свойства среды меняются во времени с частотой звуковой волны, т. е. значительно медленнее и по сравнению с периодом электромагнитных колебаний в световой волне, и по сравнению со временем прохождения светового луча через звуковой пучок. В зависимости от соотношения между поперечным размером падающего оптического пучка ё и длиной звуковой волны 1 распространение света в такой среде сопровождается явлениями либо акустооптической рефракции, либо дифракции света на ультразвуке. Дифракция света происходит не только на вводимой извне звуковой волне, но и на коллективных возбуждениях среды - акустических фононах, в ре-

Известия ТРТУ

Тематический выпуск

зультате чего возникает рассеяние света со сдвигом частоты вверх и вниз на величину частоты фонона (Мандельштама - Бриллюэна рассеяние). В спектре рассеянного излучения появляются пары сдвинутых по частоте компонент Мандельштама - Бриллюэна, отвечающих рассеянию света на продольных и поперечных акустических фононах.

На основе оптоакустической генерации звука создан метод фотоакустической спектроскопии для получения спектров оптического поглощения веществ в различных физических состояниях. В этом методе коэффициент поглощения света измеряется по интенсивности звуковых колебаний, возбуждаемых периодически прерываемым светом. Например, при периодическом нагреве тела в нем возникают звуковые колебания с амплитудой, пропорциональной поглощенной световой энергии. Меняя длину волны падающего света, можно получить фотоакустический спектр вещества - полный аналог спектра поглощения, измеряемого обычными методами. Достоинство фотоакустической спектроскопии - в высокой чувствительности метода, позволяющего получать спектры оптического поглощения в широком диапазоне световых длин волн, включающем в себя как области сильного поглощения, так и области прозрачности, кроме того, этим методом измеряется только та часть энергии падающего излучения, которая действительно поглощается веществом, а рассеянное излучение никакого вклада не дает. Это позволяет исследовать спектры поглощения в биотканях с различным кожным покровом.

БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК

1. Биосенсоры: основы и приложения / Под ред. Тернера и др. -М.: Мир, 1992. -614с.

2. Будников Г. К. Биосенсоры как новый тип аналитических устройств // Соросов-ский образовательный журнал. 1996. №12. С. 26-32.

3. Сердюков В.Г. Акустооптические устройства. - Таганрог: Изд-во ТРТУ, 2000. -198 с.

О.Е. Соломина

АНАЛИЗ СТРУКТУРЫ И ДИНАМИКИ ЗАБОЛЕВАЕМОСТИ НАСЕЛЕНИЯ Г. СОЧИ

Здоровье населения является одним из основных показателей социального благополучия, нормального экономического функционирования общества, благоприятной экологической обстановки. Но в условиях массовой техногенной нагрузки все труднее сдерживать влияние комплекса негативных факторов среды обитания на человека, которые приводят к перенапряжению и срыву защитных адаптационных резервов организма. Наиболее мощными из них были и остаются выбросы вредных веществ в атмосферу, сброс сточных вод и накопление токсических отходов. В сочетании с социальным неблагополучием эти факторы создают угрозу возникновения экологически обусловленной и антропогенно детерминированной патологии. По данным Всемирной организации здравоохранения «вклад» состояния окружающей природной среды в здоровье каждого человека составляет в среднем 25 - 30%.

Черноморское побережье Кавказа - одна из важнейших и наиболее популярных в России приморских зон курортного лечения, отдыха и туризма. Крупнейшим бальнеологическим центром этой рекреационной системы является город-