據麥姆斯咨詢介紹，波蘭紅外探測器及配套偏置和前置放大電路專業供應商VIGO System的中紅外（MWIR）和遠紅外（LWIR）探測器及探測模組可以用于廣泛的生物學、生物技術和醫學應用，包括人體呼吸分析、無創血液檢測、牙科、藥學以及蛋白質成分分析等。

1、人體呼吸分析

人體呼吸分析已成為一個重要的醫學研究領域。人體呼出的氣體中含有3000多種物質，其中很多物質的濃度跟個體的健康狀況息息相關。

這些物質被稱為生物標志物，可用于人體各種疾病或病理過程的診斷。

人體呼吸分析是一種優良的篩查方式，因為它快速、無創且無痛。不過，由于人體呼吸中生物標志物的濃度較低，需要采用高分辨率的測量技術和高靈敏度的探測器。

紅外探測器已廣泛應用于呼吸分析設備的研制。與其他技術相比，基于中紅外激光吸收光譜的痕量氣體傳感具有更快的響應時間。

表1 紅外探測器檢測的呼吸生物標志物

A. Sensormed呼吸分析儀

這套光電傳感系統利用激光吸收光譜技術和VIGO紅外探測模組開發，用于識別某些疾病的生物標志物，例如：哮喘、心絞痛、胃病以及血液中膽紅素水平相關疾病，包括吉爾伯特綜合征、杜賓-約翰遜綜合征、Rotor綜合征、克里格勒-納杰爾綜合征等。

這套傳感系統由五個功能模塊構成：

● 采樣系統–呼吸收集

● 調節系統–氣體樣品制備

● CEAS（腔增強吸收光譜）傳感器 - 檢測

● 雙光譜MUPASS（多通道吸收光譜系統）傳感器 - 檢測

● 信號處理系統-數據分析

Sensormed光電傳感呼吸分析儀

病人呼出的氣體由采樣系統采集。根據ATS/ERS標準，它能夠以“在線”或“離線”模式工作。

在制備氣體樣品的調節系統中，會對樣品進行額外處理，包括：去除水分、產生負壓并提供適當的氣流速度。

該系統的CEAS傳感器檢測一氧化氮（NO）氣體，采用QCL激光器（λ= 5.26 μm）和VIGO高靈敏度紅外探測模組，檢測限約30 ppb。為了檢測識別甲烷（CH4）和一氧化碳（CO）氣體，系統采用了一個具有多通道檢測池的雙光譜MUPASS傳感器。

甲烷氣體的檢測限（λ=2.2536 μm）為100 ppb，一氧化碳氣體（λ=2.336 μm）為400 ppb。來自傳感器的信號由接口模塊記錄，并傳輸到信號處理系統（計算機和軟件），信號輸入后進行可視化并提供分析結果。

B. 肝功能檢測

準確評估肝功能，對肝外科、肝移植、腫瘤學和肝病學都有重要意義。Methacetin呼氣檢測是一種安全、準確分析慢性肝病患者肝功能的診斷工具。

這種動態肝功能試驗檢測基于13C- Methacetin代謝。Methacetin由肝臟特異性肝細胞色素P450 1A2系統代謝為對乙酰氨基酚和13C-甲醛，然后經過多步快速酶促形成13CO2，隨后通過血流輸送到肺部呼出。

通過持續測量13CO2/12CO2比值，可以評估個體的肝功能。

13C- Methacetin呼吸檢測的原理

C. 13C-尿素呼吸試驗檢測對幽門螺桿菌感染的診斷

尿素呼氣試驗，是非侵入性鑒定幽門螺桿菌感染最重要的方法之一。它基于幽門螺桿菌將尿素轉化為二氧化碳和氨。患者攝入標記非放射性13C-尿素，在10~30分鐘內，呼出氣體中存在同位素標記的13CO2，意味著尿素被分解。表明患者胃里存在幽門螺桿菌用來代謝的尿素酶，從而判定存在幽門螺桿菌。

13C-尿素呼吸試驗檢測幽門螺桿菌的原理

2、無創體內血糖傳感

無需刺破指尖采血的血糖傳感裝置，可以幫助糖尿病患者無創測量血糖水平，從而大大提高糖尿病患者的生活質量。此外，這種裝置還可以幫助健康人群監測和管理他們的血糖水平，以維持健康積極的生活。

葡萄糖等許多分子在中紅外區域表現出強烈的共振。與近紅外區相比，中紅外區的葡萄糖吸收特征更容易與其它競爭性吸收相區分。

在體內血糖傳感中，中紅外輻射應用的主要挑戰是水分較高的吸收性，使其穿透皮膚的深度受到限制。

利用QCL光譜進行中紅外無創血糖皮膚測量的原理

將脈沖QCL光譜（調諧范圍8~10 μm）輻射集中在人體皮膚上，然后，光被葡萄糖分子吸收，并從人體皮膚的真皮層反向散射。然后，反射光儲存在一個小型積分球中，通過VIGO TE制冷型長波紅外探測器檢測。

3、牙科應用

A. 蛀牙的早期發現

傳統的齲齒檢測方法包括X線造影和CT等，但它們對早期齲齒的檢測不夠實用。

如果早期診斷出齲齒，在更多牙齒被破壞之前，再礦化治療可以避免蛀牙并穩定或逆轉齲齒病變。從而消除進一步的侵入性治療。

紅外探測在齲齒早期檢測中的應用

當低功率脈沖激光照射到牙齒上時，系統可以測量牙齒釋放的輝光（發光）和熱量（光熱輻射）。

激光輻射在與蛀牙和健康牙齒相互作用時，它們的反應是不同的。通過這種差異，可以檢測小到50 μm，齒面以下不超過5 mm的病灶。紅外激光照射到牙釉質和牙本質上會轉化為熱量，使牙齒的溫度升高約1攝氏度。這種輕微的溫度升高對牙髓或牙齒神經的健康或完整性幾乎沒有影響。通過改變激光脈沖的循環頻率，可以探測牙釉質或牙本質內部的不同深度。

VIGO中紅外探測器可以捕捉牙齒發出的熱輻射，并測量熱傳播的距離，以提供有關牙齒深層區域的信息。另一部分激光能量會轉化為可見光，可以通過普通的光電探測器進行分析。

B. 無麻醉CO2激光牙科手術

激光牙科手術利用精確聚焦的激光光源治療各種牙科疾病。與鉆頭和其他非激光工具相比，它為涉及軟、硬組織的牙科手術提供了一種經濟、高效且舒適的治療方案。

軟組織指牙齦，硬組織指牙齒。硬組織CO2激光可以穿透牙齒結構，口腔中的水和牙齒中特定礦物質會吸收部分激光輻射。這種激光手術可以用來塑形牙齒，為復合粘接做牙齒準備，修復磨損的牙齒填充物，并除去一些牙齒結構等。

在許多病例中，激光手術可以在無需局部麻醉的情況下，有助于牙洞準備和齲齒結構的去除。手術激光器必須符合輻射安全性能標準。VIGO長波紅外探測器可以幫助精確控制和安全操作牙科手術激光器。
編輯：lyn