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      愛萬

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        愛萬提斯
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        愛萬提斯
      吲哚菁綠 (ICG) 的熒光光譜測量及應用

      吲哚菁綠 (ICG) 作為熒光染料,常用于醫學熒光成像。這是因為生物組織光學窗口在650 nm - 1350 nm 內穿透深度較大,并且在近紅外波段范圍內效果明顯。ICG的主要吸收譜段在600nm-900nm之間,而所產生的熒光則在750-950nm之間,其特征峰約在810 nm波長處。


      因此,ICG溶液在醫療領域中的獲得了廣泛的應用。當它的粉末溶解在無菌水后可以制備成高濃度注射液,常被應用于例如肝功能研究(大型肝臟手術的術前測試)、眼科血管造影(檢查眼部的血管和其他結構)和淋巴標測(淋巴結、淋巴管和淋巴管體液)等。


      1. 光譜儀

      圖1:熒光測量實驗


      AvaSpec-HERO 光譜儀

      在本實驗中,我們使用的是 AvaSpec-HERO 光譜儀,它采用了高靈敏度緊湊型光學平臺和熱電制冷背照式CCD 探測器,其電路可以把噪聲信號抑制在很低水平,因此具有更好的信噪比以及動態范圍。不僅如此,AvaSpec-HERO還配備了USB3.0 高速通信接口以及千兆以太網通信接口,使其能夠方便快捷地與計算機通信。


      由于AvaSpec-HERO的高靈敏度和信噪比,所以它非常適合熒光測量應用。如圖1所示,我們使用785 nm激光器激發樣品,將反射探頭的一端連接到激光器,同時在反射探頭的接收端利用長通濾光片來過濾785 nm處的激發光,確保光譜儀只能檢測到熒光信號。


      2. 實驗方法

      實驗中,我們使用蒸餾水作為溶劑, 將μM轉換為mg/mL以獲得μM的對應濃度。我們將2~50μM范圍均分成九組濃度,并在表中得到了以 mg/mL 為單位的理論濃度值(圖2)。圖3為ICG溶于蒸餾水的濃度。


      圖2:μmol→mg/ml轉換表

      圖3:ICG溶液濃度(溶劑:蒸餾水)


      如圖4所示,每組實驗分別添加不同劑量的蒸餾水稀釋,以獲得濃度范圍在2 ~50μM的溶液。表中黃色高亮處、淺綠色高亮處、深綠色高亮處的實驗分別添加了濃度不同的ICG基礎溶液。最后,我們通過計算得到了真實濃度值,將其轉換回以μM為單位的數據。下方圖5所示的是不同濃度的 ICG 溶液樣品。


      圖4:根據理論值計算所得的真實濃度和μM值


      圖5:不同濃度的ICG溶液


      為了避免室內的環境光對測量產生干擾,我們在暗室中進行實驗。將反射探頭浸入到樣品中來采集光譜(每次測量之前用蒸餾水清洗反射探頭并擦干)。此時測量結果不再受到環境光的影響,可以更加準確地進行 ICG 熒光測量。



      3. 數據與結果

      ICG 熒光測量的實驗結果

        樣品1:0.0016 mg/mL


      ICG 熒光測量的實驗結果

        樣品2:0.0063 mg/mL


      ICG 熒光測量的實驗結果

          樣品3:0.011 mg/mL


      ICG 熒光測量的實驗結果

             所有樣品匯總


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      分析與討論

      測量結果顯示,ICG濃度越高,所產生的熒光越弱。如樣品1,濃度為0.0016 mg/mL,熒光峰值位于812.93 nm,峰值強度最大。樣品2的濃度為0.0063 mg/mL,熒光峰值為815.68 nm,峰值強度次之。實驗中ICG樣品的峰值范圍為812.93 ~ 823.94 nm,結果與文獻相吻合。


      通常情況下,染料溶液濃度越高,它發出的熒光就越強,而ICG卻恰恰相反。這是因為ICG的激發光和產生的熒光波長相近,導致激發光與熒光會被同時檢測到。ICG的激發光通常在790 nm左右,激發光與熒光的光譜重疊會導致與濃度相關的熒光產生淬滅。淬滅是指任何降低熒光強度的過程。激發態反應、能量轉移和分子碰撞都可能導致淬滅。ICG的分子距離非常近,可以對熒光光子產生自吸收效應,并通過某種內部轉換機制將這種能量轉化為振動(熱)。


      4. 結論

      ICG在醫學熒光成像領域中有著很好的應用前景。尤其在近紅外范圍內,可以穿透更深的活體組織。而且ICG 無毒、價格便宜,因此可以廣泛應用在醫療領域中。但是,仍需對ICG進行進一步測試和實驗。它的許多特性,尤其是與熒光有關的特性,目前還是未知的。通過這個實驗,我們驗證了 ICG 熒光的一些關鍵因素:

      1. ICG的濃度對于測量結果至關重要。

      2. 使用時需要避免激發光的影響。在本實驗中,我們使用了 785 nm激光器和長通濾光片,以確保激發光不會過度干擾熒光從而產生淬滅。

      3. 對于低濃度樣品,需要在暗室中進行測試,確保用反射探頭測量時不被環境光干擾。


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