CHƯƠNG 4 Xây dựng một giải pháp đo đơn giản cho đo đường huyết
4.3 Chẩn đoán mức đường huyết bằng bức xạ THz
Glucose là nguồn năng lượng nhiệt lượng chính cho cơ thể con người, và nó thực hiện cơng việc quan trọng trong quá trình trao đổi chất của tế bào. Tuy nhiên, nồng độ glucose cao sẽ dẫn đến q trình glycation của tế bào, ảnh hưởng đến mơ biểu mô hoặc mạch máu trong võng mạc, gây xơ cứng động mạch hoặc bệnh võng mạc tiểu đường (diabetic retinopathy). Trong cơ thể con người, insulin liên tục được tuyến tụy tiết ra, làm giảm lượng đường trong máu. Ở một người khỏe mạnh, mức đường huyết lúc đói dưới 100 mg/dl, và sau khi ăn một bữa ăn, nó trở nên cao hơn. Tuy nhiên, mức độ giảm xuống dưới 140 mg/dl trong vòng vài giờ sau khi dùng bữa ăn, nếu tốc độ bài tiết insulin bình thường. Mặt khác, trong trường hợp người bệnh tiểu đường, mức đường huyết sau ăn lớn hơn 200 mg / dl và mức đường huyết lúc đói cũng cao.
Dải tần số terahertz (THz) tương ứng với các dao động phân tử hoặc các chế độ thư giãn (relaxation modes), chẳng hạn như các chế độ đối với liên kết hydro. Hầu hết các phân tử sinh học chỉ được kích hoạt trong dung dịch nước, do
41
đó, để hiểu được chức năng và cấu trúc của các phân tử sinh học, cần phải khảo sát các đặc tính của sóng điện từ trong các mẫu ngậm nước. Phép đo của ánh sáng truyền qua rất khó, vì sự hấp thụ bức xạ THz trong nước là rất cao. Trong phần trình bày này này, chúng em sử dụng bức xạ phụ THz (tần số gần 0,1 THz), ở đó độ hấp thụ thấp hơn so với bức xạ THz, để đo độ phản xạ của dung dịch nước glucose. Qua tìm hiểu chúng em nhận thấy rằng độ phản xạ giảm tương ứng với nồng độ glucose.
Hình 4-2 Mối tương quan của hệ số hấp thụ bức xạ THz với mức đường huyết tương ứng trong máu người
Trạng thái hydrat hóa của dung dịch nước là một yếu tố quan trọng trong việc xem xét chức năng của các phân tử sinh học. Q trình hydrat hóa các phân tử glucid hoặc protein được xem xét trên cơ sở mơ hình hydrat hóa trong đó các phân tử nước xung quanh được liên kết hình cầu. Trong khi thời gian giãn của nước khối là bậc pico giây (10−12 giây), của lớp gần kết hợp với các phân tử hòa tan là cực kỳ nhanh (10−17 giây) do ảnh hưởng của liên kết hydro. Nước xung quanh liên kết yếu bởi lưỡng cực của lớp gần, do đó thời gian giãn ra là có bậc từ 10−9∼ 10−10 s. Ở xung quanh 100 GHz, có các cực đại hấp thụ tương ứng với dao động giữa các phân tử của nước. Trên 1 THz có nhiều cực đại hấp thụ trong nước, do đó q trình hydrat hóa của các phân tử nước có liên quan chặt chẽ đến quang phổ THz, và chúng ta có thể xác định các đặc tính của dung dịch sử dụng bức xạ THz.
Cần lưu ý rằng phương pháp THz, nhạy cảm với sự hiện diện của protein, sẽ yêu cầu một phép đo độc lập đối với tổng nồng độ protein để xác định nồng độ glucose tuyệt đối của dung dịch.