血糖檢測是糖尿病患者每天必做之事，但傳統(tǒng)單一的生物標志物檢測方法往往難以同時滿足不同環(huán)境的需求，而且市場上已存在的血糖儀監(jiān)測的長期使用可能會造成局部血管萎縮等問題。
記者27日從西安電子科技大學獲悉，該校機電工程學院呂銳嬋教授團隊將目光投向光電傳感實時血糖檢測，利用光子晶體增強稀土發(fā)光結合增材制造技術實現(xiàn)汗液葡萄糖檢測。
將汗液中的葡萄糖轉化為過氧化氫，并與稀土發(fā)光陣列檢測平臺進行反應，使得熒光增強，顏色變淺。監(jiān)測的過程反映了葡萄糖的含量，這種光電傳感方式有望實現(xiàn)葡萄糖體外實時檢測。西安電子科技大學供圖 “稀土發(fā)光可以算得上是我們課題組的‘看家本領’，我們在此領域發(fā)表了幾十篇論文，并授權了多項專利?！痹谙⊥涟l(fā)光領域深耕十余年的呂銳嬋對“稀土”這一材料十分鐘愛，“稀土可以把我們?nèi)巳庋劭床坏降慕t外光轉換到肉眼能夠看到的可見光區(qū)間，這就是稀土的上轉換，通過它的這一特性，可以實現(xiàn)檢測的肉眼可見?！?span style="display:none">T4F即熱新聞——關注每天科技社會生活新變化gihot.com
團隊制造了一種發(fā)光陣列薄膜，以稀土上轉換納米粒子作為核心，外面包了一層棕黑色的二氧化錳納米片。二氧化錳與葡萄糖的產(chǎn)物過氧化氫反應，使得二氧化錳變成二價錳離子，二價錳離子是無色的。從顏色上來看，薄膜的顏色就從黑色變?yōu)闊o色；從發(fā)光上來看，薄膜在激光照射下熒光由弱光變強光。二者都能說明血液中葡萄糖含量的增多。
巨子悅正在跟隨呂銳嬋攻讀博士研究生，全程參與這一研究的他對該項技術的實現(xiàn)過程相當了解。“除了顏色和發(fā)光之外，我們加上一個光電信號轉換器，可以把這種光信號轉換為更加直觀的數(shù)值。”
PMMA光子晶體對上轉換發(fā)光的影響。仿真結果、SEM、吸收譜、熒光譜一致表明，光子晶體間隙存在場增強，使得激發(fā)增大，475nm發(fā)射增強。西安電子科技大學供圖 除了在材料上下功夫，呂銳嬋也在思考如何讓這些材料發(fā)揮最大效用。據(jù)介紹，二氧化錳包裹稀土上轉換納米粒子很小，只有100納米左右，粉末易吸水造成穩(wěn)定性差，所以需要一個載體。
呂銳嬋團隊采用PMMA光子晶體進行了進一步的熒光增強，并采用PDMS(學名聚二甲基硅氧烷)作為薄膜載體。PMMA光子晶體是微米級顆粒，納米級粒子可以很好地沉積在這些縫隙里，就會產(chǎn)生光子晶體的效應；同時，聚二甲基硅氧烷PDMS作為常用的柔性有機材料，還會起到輔助熒光增強作用。
作為高性能電子裝備機電集成制造全國重點實驗室副主任，呂銳嬋對薄膜的制造工藝也花了很多心思?！拔覀冇玫搅巳珖攸c實驗室研發(fā)的增材制造裝備，用選擇性激光熔融技術SLM進行上轉換納米微米級結構的構建制造，很好地滿足了打造PDMS陣列的需求?！?span style="display:none">T4F即熱新聞——關注每天科技社會生活新變化gihot.com
熒光轉換為光電顯示，數(shù)字化檢測汗液中葡萄糖濃度。西安電子科技大學供圖 這一制造方法不僅可以使得檢測薄膜力學性能更穩(wěn)定，更可以提高發(fā)光納米粒子的熒光效果。一束激光照過來，在具有陣列結構的薄膜中，由于產(chǎn)生了局部發(fā)光增強效應，會更清楚的看到納米粒子發(fā)出的可見光，更有效降低背景信號干擾。
在課題組“拿手”材料和全國重點實驗室頂尖制造技術的加持下，呂銳嬋團隊設計出了便攜式熒光檢測裝置，在檢測的靈敏度和范圍方面都有了很明顯的提升，檢測靈敏度可達到1.2μM，線性范圍可從20μM至800μM。
“雖然這個成果在檢測靈敏度、檢測區(qū)間、便攜程度上都有了很大提升，但汗液中的葡萄糖和傳統(tǒng)血糖在時間軸上的濃度分布曲線還是有區(qū)別的，我們也正在探尋其中的規(guī)律。”呂銳嬋坦然介紹了這一研究的不足之處。但正因為像他們這樣一批批科研工作者的努力，或許可以期待這一“葡萄糖體外光電檢測技術”的普及應用。
（原標題：傳統(tǒng)血糖儀或成過去式，西電“稀土黑科技”為血糖光電檢測提出新思路路）
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