胆红素二甲酯(bilirubin dimethyl ester, BRE)是一种线性四吡咯, 是胆红素 (Bilirubin, BR)的类似物［1-3］。 用UV, IR, MS等光谱表征BR与BRE, 结果并无明显差别。 BR/BRE可与多种金属离子形成配合物。 BR与金属离子的配位点主要是吡咯氮和丙酸侧链, 用甲基取代BR丙酸侧链羧基上的氢得到BRE, 使金属离子只与吡咯氮配位。 因此本文采用酯化的胆红素BRE研究其与金属离子的作用, 优点是可以减少与金属的配位点, 降低产物复杂程度, 有助于光谱分析。

锌离子Zn2+对胆红素BR有着显著的荧光增强效应, 基于该荧光特性, 利用紫外可见光吸收和稳态荧光光谱技术提出了一种BR作为荧光探针用于Zn2+浓度检测的新方法, 特别是首次采用在波长663和600 nm处的稳态荧光强度比值方法系统地研究了其与锌离子浓度在0~90 μmol·L-1范围内变化的关系, 与常用的单波长荧光强度探测方法比较, 有效地避免了探针浓度变化及激发光强度变化等非目标因素的影响。 实验研究结果发现BR荧光探针对Zn2+的识别行为在0~20 μmol·L-1范围内, 探针BR 的荧光强度比值I663 nm/I600 nm与 Zn2+的浓度之间具备线性增长关系, 尤其是0~10 μmol·L-1有非常好的线性关系, 线性相关系数r=0.999 87, 同时Zn2+检测限为0.1 μmol·L-1 。 在20~90 μmol·L-1范围内, 荧光强度比值I663 nm/I600 nm趋于饱和。 研究发现对实时检测人体内的Zn2+具有很好的应用前景。

胆红素(Bilirubin, BR)是脊椎动物分解代谢血红素的最终产物之一, 具有抗氧化和消炎等作用。 体内保持正常含量的胆红素对人类的健康起着非常重要的作用, 被认为有利于预防癌症、 中风、 糖尿病和心血管等疾病的发生［1-2］。 然而胆红素过量则被认为是肝功能障碍的征兆, 同时也是引起新生儿严重脑损伤的原因。 因此, 对人体中胆红素含量的快速精准检测具有十分重要的应用价值。 目前为止, 用于检测血清样品中胆红素含量的方法主要有重氮法、 过氧化物酶法、 光纤传感检测法和荧光光谱法等。 其中, 荧光光谱法具有检测迅速和操作简便的优势, 吸引了越来越多研究人员的关注。 但是, 由于胆红素自身的荧光量子产率通常低至10-4量级, 直接荧光测量难度很大, 因此通常采用间接方式解决胆红素含量测量的难题。 例如, Wabaidur等通过胆红素猝灭Ru(bopy)2+3荧光的方式来测量胆红素的含量; Aparna等通过胆红素猝灭铜纳米团簇荧光的方式来测量胆红素的含量; Iwatani等通过UnaG蛋白结合胆红素增强荧光的方式来测量胆红素的含量。 UnaG与胆红素具有极高的亲和力, 且自身几乎不发射荧光, 其与胆红素结合后, 会将胆红素的荧光提高三个数量级, 可以用作人体内的荧光传感器。 然而, 由于蛋白的制备和保存的成本十分高昂, 人们更希望使用有机小分子或无机分子对胆红素的荧光进行增强。 例如, Yang等发现Zn2+有助于显著增强胆红素的荧光, Kotal等提出了将Zn2+用于胆红素代谢物（尿胆素原）含量测量的方法。 为了研究Zn2+增强胆红素荧光的机理并用于胆红素含量的测量, 研究首先使用了稳态荧光光谱和紫外-可见吸收光谱表征了不同Zn2+浓度下胆红素的光学特性, 并采用相对法测量了其量子产率。 通过分析Zn2+-胆红素络合物在不同探测波长下的激发谱, 提出了该络合物具有两个发光基团的设想。 为了进一步验证关于发光基团的设想, 使用了飞秒瞬态吸收光谱的手段研究分析了Zn2+-胆红素络合物的超快光动力学过程, 分析结果与之前发表的对胆红素和Zn2+配位方式的结论有很好的吻合。 根据瞬态吸收光谱和稳态荧光光谱的数据以及所提出的模型, 得到了在有无Zn2+条件下胆红素的平均激发态寿命, 进一步计算出了其辐射跃迁速率和非辐射跃迁速率的理论值。 通过数据对比, 得出了络合物相对单纯胆红素有更大的消光系数而具有更高的辐射跃迁速率的结论, 同时发现胆红素与Zn2+的配位方式增加了胆红素以锥型交叉退激发态的效率。

为提高新生儿黄疸病的光照治疗效果,通过光谱匹配技术,设计并研制了一种新生儿黄疸治疗光源;采用研制的特殊蓝光LED光源与市售蓝光LED光源、蓝光荧光光源以及白光光源对浓度为130.932 μmol/L的体外胆红素标准液进行光照实验,光照时间分别是1,2,4,8 h,以研究胆红素的降解情况。结果表明:蓝光LED光源与蓝光荧光光源对胆红素溶液均有显著的降解效果,且自制的特殊蓝光LED光源的降解效果最佳;光源光谱是影响新生儿黄疸病治疗效果的重要因素,特殊蓝光LED能够有效降低胆红素溶液的浓度。

黄疸是一种临床上常见的症状和体征,为血液胆红素升高所致。血液中胆红素升高不仅提示可能存在严重的原发病,而且过高的胆红素还可能导致胆红素脑病,重者导致死亡。临床上可早期应用光学方法在人群中进行无创筛查,对筛查阳性患者再进行血液检查进行诊断,从而增加黄疸及其相关疾病的发现概率。本文就近几年胆红素的光学检测方法的研究进展予以综述。

为提高胆红素的光降解效应和新生儿黄疸病光疗的效果，设计研制了一种新生儿黄疸治疗仪用发光二极管(LED)光源。以实验测试的体外游离的标准胆红素溶液最有效的吸收光谱作为黄疸治疗仪光源的目标光谱，采用市面上现有的峰值波长和半峰全宽的不同单色LED 作为匹配光源，将简单遗传算法作为光谱匹配算法，进行了光源光谱的匹配设计、样灯制作和光谱测试与分析。结果表明：拟合的光谱与目标光谱匹配度达到了97.62%，实际的黄疸治疗仪光源样品的光谱与目标光谱的匹配度达到了93.08%，窄带宽的单色LED 能够匹配出所需要的目标光谱，光谱匹配度高，为新生儿黄疸光疗仪用光源的选择提供了研究的基础。

针对实验得到的光谱数据，应用偏最小二乘回归方法进行多变量建模，结果发现：血红蛋白的加入使建立模型的主成分数从一个变为三个，而对模型贡献最大的波长从459 nm变为432 nm和433 nm，说明偏最小二乘模型的原始光谱数据变量引进了血红蛋白的吸收噪音.结合偏最小二乘建模的原理与评价指标分析表明：较纯胆红素溶液而言，混合溶液模型预测均方根误差增大了24.90%，相关系数减小了0.29%，加入血红蛋白后的模型对胆红素浓度预测能力降低.进一步分析血红蛋白和胆红素及其混合溶液吸收光谱发现：在检测的紫外可见光波段两者吸收光谱发生重叠，两者混合溶液在408 nm处产生一个新的吸收峰，且相比同浓度血红蛋白吸收峰而言408 nm处吸收峰发生了减色效应，这是由于血红蛋白与胆红素混合会发生某些弱的键位结合引起的，新的吸收峰改变了建模所用的主成分数，降低了模型的预测能力.结果说明在胆红素经皮测量中必须采取措施减少血红蛋白的影响，才能提高胆红素经皮检测的准确度.

设计了可检测十二指肠胃返流的光纤传感器,该传感器由470
nm的信号光、595 nm参考光和光纤束构成,主要检测十二指肠返流物中的胆红素在470
nm与595 nm的吸光度,本文还对影响传感器检测的因素,诸如波长、pH、胃液中悬浮颗粒造成的散射作用以及其他的因素,做了详细评价.传感器可以达到10
mg/dl优良的动态响应范围,离体实验结果表明,该传感器可以作为临床动态检测手段.