Анализ трудностей, возникающих при реализации неинвазивных спектрофотометрических сенсоров

В фотоплетизмографах, оксиметрах и пульсоксиметрах не шла речь об измерении абсолютных концентраций тех или других биохимически важных веществ в человеческом теле. А такая потребность часто возникает в медицине и биологии. Раньше в таких случаях на анализ обязательно брали пробу крови или образец ткани, соответствующим образом препарировали их и лишь после этого производили анализы. Но сейчас биологи и медики, как уже подчеркивалось, стремятся как можно больше информации получать без травмирования живой ткани, с наименьшим влиянием на естественные процессы. Но такие, неинвазивные измерения принципиально исключают предварительное препарирование, перевод объекта исследования в форму, наиболее удобную для измерений. И с этим связаны значительные технические трудности при разработке неинвазивных оптических сенсоров. Они вытекают из того, что:

• живые биологические ткани (далее – биоткани) имеют сложную клеточную микроструктуру, и поэтому оптически очень неоднородны; кроме поглощения, в них происходит значительное рассеяние света, которое варьирует при переходе от одного участка тела к другому, от одного человека к другому, что значительно усложняет задачи анализа;
• в биоткани, как правило, кроме вещества-аналита присутствует большое количество других биохимических веществ, создающих "фоновое" поглощение; от него бывает не просто отделить поглощение именно аналита;
• в человеческом теле мало участков, пригодных для измерений "на просвет", причем у разных людей такие участки (например, мочка уха, конечная фаланга пальца) имеют разную толщину, которая к тому же зависит от физиологического состояния и от сжатия. Поэтому более универсальной для неинвазивных измерений в живом теле была бы схема измерений "на отражение", когда для измерений используют обратно рассеянный телом свет;
• однако при работе "на отражение" значительную роль играет способ выделения измеряемого пучка света и оптический контакт между телом и прибором, которые могут значительно варьировать от одного измерения к другому;
• технология работы "на отражение" до 90-х г.г. ХХ века еще не была должным образом проработана.

Все эти трудности, по мнению некоторых специалистов, делают неинвазивные количественные спектрофотометрические измерения концентраций биологически важных веществ в человеческом теле якобы безнадежным делом.