连续血糖检测对糖尿病的诊断与治疗具有十分重要的意义。本文设计了一种集成化、自动化的微创血糖连续检测仪器, 该仪器通过微流控芯片透皮抽取组织液, 利用单片机精确测量透皮抽取组织液的体积, 并采用酶比色法检测组织液的葡萄糖浓度, 利用组织液与血液的葡萄糖浓度相关性实现连续血糖检测。由于透皮抽取的组织液体积很小且分散在皮肤表面, 为了便于收集, 利用生理盐水对抽取出的组织液进行稀释, 稀释后的组织液中葡萄糖浓度在3~50 mg/dL。为了测量低浓度葡萄糖, 实验选取了1~50 mg/dL中的10个浓度的葡萄糖溶液进行吸光度测量, 根据光谱数据与葡萄糖浓度建立吸光度模型, 结果表明该酶比色检测方法在1~50 mg/dL葡萄糖浓度内具有良好的线性度, 测量相对标准偏差小于0.65%。该仪器能够实现自动化控制, 为糖尿病的诊断提供依据, 在微创血糖连续检测领域具有良好的应用前景。

通过测量组织液中的葡萄糖浓度获得血糖信息是目前实现血糖连续检测的主要方法, 中红外ATR光谱法在分析葡萄糖等生物小分子成分信息方面具有显著优势, 但是如何利用中红外ATR光谱法检测皮下组织液中的葡萄糖信息仍是尚未解决的问题。 在对中红外穿透深度理论分析的基础上开展了自然状态和渗透状态下人体皮下组织液葡萄糖的中红外ATR光谱检测实验。 首先探究将中红外光直接入射到人体皮肤表层上, 采集自然状态下人体手指皮下组织液葡萄糖的ATR光谱数据, 讨论中红外直接穿透皮下组织获得葡萄糖信息的可行性; 在此基础上, 通过采用低频超声和真空负压的方法促进组织液渗透到皮肤表层, 采集其中红外ATR光谱进而分析和判断是否含有葡萄糖特异信息。 由于二维相关光谱技术在红外光谱等光谱研究领域分析分子间反应和物质的吸收峰信息来源时有很高的分辨率和很好的适用性, 利用二维相关光谱技术分别分析皮肤表层在自然状态和渗透状态的实验条件皮下组织体中葡萄糖信息。 实验结果表明: 中红外ATR光谱法无法直接应用于皮下组织液的葡萄糖浓度检测, 利用物理或化学的方法促进组织液渗透到皮肤表层, 是实现中红外ATR光谱法检测皮下组织液中葡萄糖的一个发展方向。

提出了一种利用人体皮肤组织液进行近红外无创血糖检测的新方法。通过细化人体表层皮肤组织模型，将真皮层上层含有少量血液的乳突层与真皮层下层区分开，并与表皮层共同作为探测对象；选择人体表皮层较厚的腕曲侧部作为检测部位；在此基础上利用蒙特卡罗方法计算了1680 nm（葡萄糖倍频吸收峰）近红外光在人体腕曲侧部皮肤组织模型中的平均最大穿透深度、主要吸收区域、平均光程、出射能量、各层皮肤组织吸收能量占比。结果显示，当光源到探测器探头距离为0.6 mm时，真皮层和角质层吸收的能量较少，光程适中，平均探测深度、主要吸收位置均位于乳突层中，因而此距离为最佳距离，并设计了光纤探头。通过以上方式避开了富含血液的真皮层下层的干扰，获取了表皮层和乳突层中组织液的光谱信息，有利于血糖的近红外无创测量，为后续工作提供了理论依据。

根据基于微流控芯片的组织液透皮抽取系统设计了一种小型化微创人体血糖检测仪器。该仪器基于微创的方法, 利用真空负压抽取人体组织液, 并采用表面等离子共振(SPR)技术, 通过检测皮肤真皮层组织液中的葡萄糖浓度来预测血液中的葡萄糖浓度。通过绑定对葡萄糖具有特异性吸附的D-半乳糖/D-葡萄糖结合蛋白(D-GGBP), 对SPR传感器表面进行预处理, 实现对葡萄糖分子的特异性吸附。实验配制了不同浓度的葡萄糖溶液, 检测并得出葡萄糖溶液浓度与折射率的关系曲线。应用课题组设计的微创血糖检测仪, 实验测量了葡萄糖溶液浓度与组织液浓度, 并与血糖仪测量得到的葡萄糖溶液浓度进行了比较。结果表明, 使用GGBP修饰过的表面等离子共振传感器测量葡萄糖水溶液浓度的下限为0.625 mg/dL, 当葡萄糖水溶液浓度在0.625~5 mg/dL时有较好的线性。通过测试实验验证了该仪器的可行性, 显示了结合GGBP蛋白的SPR测量技术在微创血糖检测领域有良好应用前景。

为了在连续血糖监测中实现微量组织液的透皮抽取和收集，采用微流体技术，利用聚二甲基硅氧烷(Polydimethylsiloxane, PDMS)设计加工了组织液透皮抽取装置。首先，采用模塑法加工得到组成装置的4层PDMS。接着，采用氧等离子体键合方法键合PDMS获得能够产生真空负压的文氏管，用于注入生理盐水、抽取组织液和收集组织液的腔体，控制流体传输的气动阀以及连接各部分的微管路4部分装置。然后，测量文氏管的输出负压和气动阀的关闭压强。最后，检验了装置抽取和收集组织液的功能实现情况。结果显示，将220 kPa(绝对压强)的氮气通入文氏管的输入端口，在文氏管的喉部端口获得了92 kPa(绝对压强)的真空负压。另外，只需低于65 kPa(相对压强)的压强就可以关闭采用PDMS薄膜加工的常开型气动阀。该装置可在气动阀的控制下，利用文氏管产生的真空负压，自动完成生理盐水的注入、组织液的抽取和收集。