In vivo Raman spectroscopy for non-invasive transcutaneous glucose monitoring on animal models and human subjects

化学 体内 拉曼光谱 光谱学 生物物理学 纳米技术 光学 生物技术 量子力学 物理 生物 材料科学
作者
Jing Liu,Jiahui Chu,Jie Xu,Zhanqin Zhang,Shuang Wang
出处
期刊:Spectrochimica Acta Part A: Molecular and Biomolecular Spectroscopy [Elsevier BV]
卷期号:329: 125584-125584 被引量:11
标识
DOI:10.1016/j.saa.2024.125584
摘要

Non-invasive glucose monitoring represents a significant advancement in diabetes management and treatment as non-painful alternatives than finger-sticks tests. After developing an integrated Raman spectral system with a 785 nm laser, this study systematically explores the application of in vivo Raman spectroscopy for quantitative, noninvasive glucose monitoring. In addition to observing characteristic glucose spectral information from a mouse model, a strong spectral correlation was also recognized with the blood glucose concentration. The glucose fingerprint information detected from the nailfolds of 30 human volunteers exhibited concentration dependent changes, especially when the intraspectrum intensity ratio was calculated between 1125 cm-1 and 1445 cm-1 to monitor normalized differences in the glucose Raman band. Furthermore, by accounting for all intersubject variations observed in the acquired spectral features, a particle swarm optimization-backpropagation artificial neural network (PSO-BP-ANN) model was proposed for linking measured Raman information with actual glucose concentrations quantitatively. Following model training and testing, the prediction accuracy of the PSO-BP-ANN model was evaluated using 12 spectra acquired from an additional three volunteers. Statistical evaluations indicated that the proposed methodology may have a good application potential for in vivo transcutaneous spectral glucose monitoring.
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