一种透皮无创血糖检测系统的设计与实验验证

　　1　引　　言

　　糖尿病已成为严重危害人体健康的慢性非传染性疾病。糖尿病在中国的严峻形势更是发人深省。截止2003年,中国已经成为糖尿病第二大国,拥有2380万糖尿病患者,仅次于印度[1]。血糖监测是对前驱糖尿病患者和糖尿病患者诊断和治疗的重要依据,同时连续的血糖监测有助于改善自身膳食结构,预防糖尿病。无创检测技术应用于临床测量[2]成为了近年来研究　　的重点,常见的无创测量方法有很多种,例如能量代谢守恒法[3]、光声光谱法[4]、近红外光谱法[5]、反离子电渗法[6-7]等。其中,反离子电渗法配合高灵敏度介体酶传感器[7],能够有效地排除其他生物物质的干扰,同时具有极高的检测灵敏度。

　　基于上述技术背景,本课题组前期研发了一款无创血糖仪[8],并进行了一系列模拟实验和动物实验。在之前的无创血糖仪及其实验数据的基础上,本文设计了一种新的的无创血糖监测系统,该系统采用一种新的血糖浓度计算方法,并对反离子电渗电路和检测电路进行了改进,以提高本系统的测量稳定性和可靠性。本文还设计了相关的动物实验,通过实验验证了本系统对于测量

　　2　检测原理

　　动物皮肤起着隔绝动物体内组织与外界环境的作用,目前已有多种方法能经过皮肤传输各种物质。基于反离子电渗抽取(以下简称为抽取)的经皮无创血糖检测就是其中的一种方法,其目的是为了突破皮肤的隔绝作用,建立皮下组织至体表传感器的葡萄糖传输通路。通过在体表施加一个电场,皮下组织中的带电离子在电场的作用下迁移至体表,其中正离子朝着阴极移动,负离子朝着阳极移动。Na+离子将作为中性分子迁移的载体[9]因此中性分子,如葡萄糖分子,将迁移至阴极。随着皮下组织中葡萄糖浓度的不同,迁移至体表的葡萄糖的量也不一样。最后根据抽取出的葡萄糖的量、皮下葡萄糖浓度和血糖浓度三者之间的相对固定的关系,计算出血糖浓度[10]。

　　动物皮肤能够存储葡萄糖等生物物质[11],这部分葡萄糖的量是未知的,因此为了使得测量结果稳定,在抽取前,需要先进行预抽取,将皮肤内原有的葡萄糖清理。预抽取之后,皮下组织至体表的葡萄糖传输通道已经建立,可以在同一部位进行连续抽取和测量。

　　本监测系统利用以锇离子聚合物为介体的高灵敏度葡萄糖酶传感器[12]作为检测传感器。该传感器具有高选择性、高灵敏度,可以有效地排除其他电渗至体表的物质的影响,能够测量出微量的葡萄糖(检出限为1μM),　同时在工作电极表面修饰了凝胶层,可以形成相对稳定的溶液环境,有助于葡萄糖的检测。为了配合反离子电渗抽取,在上述传感器的对电极上修饰Ag|AgCl浆,从而将对电极复用作反离子电渗的抽取电极,这样就形成了集反离子电渗和葡萄糖检测功能为一体的传感器与抽取电极复合体[13](以下简称复合体),如图1所示。