血糖檢測(cè)是糖尿病患者每天必做之事，但傳統(tǒng)單一的生物標(biāo)志物檢測(cè)方法往往難以同時(shí)滿足不同環(huán)境的需求，而且市場(chǎng)上已存在的血糖儀監(jiān)測(cè)的長(zhǎng)期使用可能會(huì)造成局部血管萎縮等問(wèn)題。
記者從西安電子科技大學(xué)獲悉，該校機(jī)電工程學(xué)院呂銳嬋教授團(tuán)隊(duì)將目光投向光電傳感實(shí)時(shí)血糖檢測(cè)，利用光子晶體增強(qiáng)稀土發(fā)光結(jié)合增材制造技術(shù)實(shí)現(xiàn)汗液葡萄糖檢測(cè)。
將汗液中的葡萄糖轉(zhuǎn)化為過(guò)氧化氫，并與稀土發(fā)光陣列檢測(cè)平臺(tái)進(jìn)行反應(yīng)，使得熒光增強(qiáng)，顏色變淺。監(jiān)測(cè)的過(guò)程反映了葡萄糖的含量，這種光電傳感方式有望實(shí)現(xiàn)葡萄糖體外實(shí)時(shí)檢測(cè)。西安電子科技大學(xué)供圖
“稀土發(fā)光可以算得上是我們課題組的‘看家本領(lǐng)’，我們?cè)诖祟I(lǐng)域發(fā)表了幾十篇論文，并授權(quán)了多項(xiàng)專利?！痹谙⊥涟l(fā)光領(lǐng)域深耕十余年的呂銳嬋對(duì)“稀土”這一材料十分鐘愛(ài)，“稀土可以把我們?nèi)巳庋劭床坏降慕t外光轉(zhuǎn)換到肉眼能夠看到的可見(jiàn)光區(qū)間，這就是稀土的上轉(zhuǎn)換，通過(guò)它的這一特性，可以實(shí)現(xiàn)檢測(cè)的肉眼可見(jiàn)。”
團(tuán)隊(duì)制造了一種發(fā)光陣列薄膜，以稀土上轉(zhuǎn)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(guò)氧化氫反應(yīng)，使得二氧化錳變成二價(jià)錳離子，二價(jià)錳離子是無(wú)色的。從顏色上來(lái)看，薄膜的顏色就從黑色變?yōu)闊o(wú)色；從發(fā)光上來(lái)看，薄膜在激光照射下熒光由弱光變強(qiáng)光。二者都能說(shuō)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(duì)該項(xiàng)技術(shù)的實(shí)現(xiàn)過(guò)程相當(dāng)了解?！俺祟伾桶l(fā)光之外，我們加上一個(gè)光電信號(hào)轉(zhuǎn)換器，可以把這種光信號(hào)轉(zhuǎn)換為更加直觀的數(shù)值。”
PMMA光子晶體對(duì)上轉(zhuǎn)換發(fā)光的影響。仿真結(jié)果、SEM、吸收譜、熒光譜一致表明，光子晶體間隙存在場(chǎng)增強(qiáng)，使得激發(fā)增大，475nm發(fā)射增強(qiáng)。西安電子科技大學(xué)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(zhuǎn)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(gè)載體。
呂銳嬋團(tuán)隊(duì)采用PMMA光子晶體進(jìn)行了進(jìn)一步的熒光增強(qiáng)，并采用PDMS(學(xué)名聚二甲基硅氧烷)作為薄膜載體。PMMA光子晶體是微米級(jí)顆粒，納米級(jí)粒子可以很好地沉積在這些縫隙里，就會(huì)產(chǎn)生光子晶體的效應(yīng)；同時(shí)，聚二甲基硅氧烷PDMS作為常用的柔性有機(jī)材料，還會(huì)起到輔助熒光增強(qiáng)作用。
作為高性能電子裝備機(jī)電集成制造全國(guó)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室副主任，呂銳嬋對(duì)薄膜的制造工藝也花了很多心思。“我們用到了全國(guó)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室研發(fā)的增材制造裝備，用選擇性激光熔融技術(shù)SLM進(jìn)行上轉(zhuǎn)換納米微米級(jí)結(jié)構(gòu)的構(gòu)建制造，很好地滿足了打造PDMS陣列的需求?！?/span>
這一制造方法不僅可以使得檢測(cè)薄膜力學(xué)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(guò)來(lái)，在具有陣列結(jié)構(gòu)的薄膜中，由于產(chǎn)生了局部發(fā)光增強(qiáng)效應(yīng)，會(huì)更清楚的看到納米粒子發(fā)出的可見(jiàn)光，更有效降低背景信號(hào)干擾。
在課題組“拿手”材料和全國(guó)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室頂尖制造技術(shù)的加持下，呂銳嬋團(tuán)隊(duì)設(shè)計(jì)出了便攜式熒光檢測(cè)裝置，在檢測(cè)的靈敏度和范圍方面都有了很明顯的提升，檢測(cè)靈敏度可達(dá)到1.2μM，線性范圍可從20μM至800μM。
“雖然這個(gè)成果在檢測(cè)靈敏度、檢測(cè)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(shí)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?！眳武J嬋坦然介紹了這一研究的不足之處。但正因?yàn)橄袼麄冞@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(cè)技術(shù)”的普及應(yīng)用。
