本發(fā)明屬于糖尿病監(jiān)控，具體涉及一種呼氣監(jiān)測血糖的水凝膠光纖維傳感器及其應(yīng)用。

背景技術(shù)：

1、糖尿病會導(dǎo)致其他器官的嚴(yán)重并發(fā)癥，如腎臟、肝臟和心臟。此外，并發(fā)癥的發(fā)生率極高。因此，精確監(jiān)測體內(nèi)的血糖水平，這是治療糖尿病的重要指標(biāo)。目前通過控制血糖，糖尿病患者可以獲得健康的生理信息，有效地、積極地控制該疾病。

2、目前血糖檢測的最準(zhǔn)確的方法是前往醫(yī)療機(jī)構(gòu)測靜脈血，為了實時監(jiān)測血糖含量，當(dāng)下最常見的方法是測指尖血糖。在進(jìn)行指尖血糖測試過程中，需要用針扎破手指，利用含酶的試紙條測量血糖濃度。指尖血糖測試雖然能夠準(zhǔn)確檢測到血糖含量，但是在檢測中會產(chǎn)生疼痛且容易發(fā)生傷口感染，這不僅增加了患者檢測過程中的痛苦還可能引起其他感染疾病。此外，含酶的試紙條不易儲存，長期存放會影響其測試結(jié)果。

3、目前市場上有多種血糖監(jiān)測設(shè)備，但沒有一種是完全非侵入性的，檢測過程中均需要一些部件定期植入皮下，除了在扎入皮下時疼痛以外，皮膚下異物的存在還會引起患者的不適以及存在一定感染風(fēng)險，在連續(xù)血糖監(jiān)測系統(tǒng)中使用的粘合劑在某些情況下會引起皮膚刺激和接觸性皮炎。此外，血糖監(jiān)測設(shè)備中，多是將葡萄糖氧化酶固定在過氧化電極上，檢測過程中產(chǎn)生的過氧化氫與葡萄糖成正比，過氧化氫與過氧化電極接觸產(chǎn)生電信號，用于判斷血糖。然而，其在檢測過程中容易受到氧氣以及其他糖類物質(zhì)的影響，進(jìn)而影響到檢測結(jié)果。

技術(shù)實現(xiàn)思路

1、為了解決現(xiàn)有技術(shù)中在對糖尿病人血糖進(jìn)行監(jiān)控的方式均會存在產(chǎn)生一定創(chuàng)傷以及風(fēng)險的問題，本發(fā)明提供了一種呼氣監(jiān)測血糖的水凝膠光纖維傳感器及其應(yīng)用。

2、為了解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明的技術(shù)方案具體如下：

3、本發(fā)明第一方面提供了一種呼氣監(jiān)測血糖的水凝膠光纖維傳感器，用于吸附和檢測呼出氣體中的丙酮，根據(jù)檢測得到的丙酮含量判斷血糖水平；

4、所述水凝膠光纖維傳感器包括水凝膠光纖維、teflon管、氣室；

5、所述氣室的頂部設(shè)有氣體收集口；

6、所述teflon管配置在所述氣室內(nèi)，所述teflon管上設(shè)有液體注入口和液體排出口；

7、所述水凝膠光纖維的一端配置在所述teflon管內(nèi)，所述水凝膠光纖維的另一端穿出所述氣室；

8、所述水凝膠光纖維是由以下方法制得：

9、將聚乙烯吡咯烷酮、光引發(fā)劑、聚乙二醇二丙烯酸酯與水混合，得到前驅(qū)體溶液，將光纖維置于前驅(qū)體溶液中，在紫外照射下，前驅(qū)體溶液在光纖維表面固化，得到負(fù)載有聚乙烯吡咯烷酮的水凝膠光纖維，然后置于熒光指示劑中，在紫外照射下，使熒光劑負(fù)載到水凝膠光纖維上。

10、其中，所述光纖維為錐形光纖維，錐形光纖維的長度為600μm，過渡區(qū)為450μm，錐腰直徑為10μm；光纖維包層直徑為125μm，纖芯直徑為105μm，拉制的錐形光纖維的錐區(qū)長度600μm，錐腰直徑為10μm。本發(fā)明中的錐形光纖維更穩(wěn)定，固化的凝膠的體積相對更多。

11、本發(fā)明利用水凝膠能容納響應(yīng)基質(zhì)的性能，通過在水凝膠中載入聚乙烯吡咯烷酮和熒光物質(zhì)，聚乙烯吡咯烷酮對丙酮?dú)怏w進(jìn)行吸附，氣體分子進(jìn)入水凝膠中與熒光物質(zhì)相互作用，熒光信號發(fā)生改變，通過輸出信號反映熒光物質(zhì)的改變，以此反映出氣體中丙酮的含量，根據(jù)丙酮的含量對血糖水平進(jìn)行判斷，從而能夠有效避免檢測過程中，因氧氣以及其他糖類物質(zhì)使得結(jié)果不準(zhǔn)確的問題。整個檢測過程屬于完全非侵入性檢測，不會對患者造成創(chuàng)傷。此外，本發(fā)明將水凝膠在與光纖維結(jié)合，水凝膠不僅可以作為刺激響應(yīng)傳感器，在外界環(huán)境的改變下刺激水凝膠的相位和體積改變；而且還能作為一種被動水凝膠傳感器，在其基質(zhì)中容納響應(yīng)基質(zhì)，與輸入信號作用，產(chǎn)生輸出信號用于檢測呼氣中丙酮的含量。

12、在另一個優(yōu)選實施例中，聚乙二醇二丙烯酸酯單體、光引發(fā)劑、聚乙烯吡咯烷酮和水的質(zhì)量比為200～400:1～2:40～80:120～240。

13、在另一個優(yōu)選實施例中，所述光纖維置于前驅(qū)體溶液中，紫外照射的時間為10s～15s；熒光劑負(fù)載到水凝膠光纖維上時，紫外照射的時間為10min～20min；紫外光照射時間過短無法使熒光劑固定上去，紫外光照射時間過長熒光劑過多，熒光劑會有掉落的風(fēng)險，進(jìn)而影響檢測效果。

14、在另一個優(yōu)選實施例中，所述熒光指示劑為還原型輔酶ⅰ，所述熒光劑溶液的濃度為100μm～500μm。

15、在另一個優(yōu)選實施例中，所述光引發(fā)劑為2-羥基-2-甲基-1-苯丙酮。

16、在另一個優(yōu)選實施例中，所述teflon管的壁厚25μm，長度為20mm。teflon管的厚度對氣體的進(jìn)入以及液體的流入有影響，因此需要對teflon管的壁厚進(jìn)行控制，并且本發(fā)明選用的teflon管具有透氣不透液性，因此在檢測過程中，注入酶溶液后，能夠?qū)γ溉芤哼M(jìn)行收集再利用。

17、本發(fā)明第二方面提供了一種呼氣監(jiān)測血糖的水凝膠光纖維傳感系統(tǒng)，包括本發(fā)明第一方面提供的呼氣監(jiān)測血糖的水凝膠光纖維傳感器，還包括led驅(qū)動、光源、光纖維耦合器、濾光片，光纖維光譜儀和計算機(jī)；各組件通過sma905接口光纖維跳線相連；通過led驅(qū)動器控制光源開啟，所述光源發(fā)出的光經(jīng)過光纖維耦合器到達(dá)水凝膠光纖維，并激發(fā)熒光指示劑，熒光指示劑發(fā)射的熒光信號反向傳輸經(jīng)光纖耦合器、濾光片到達(dá)光纖維光譜儀，光纖維光譜儀將檢測到的熒光信號傳輸?shù)接嬎銠C(jī)。

18、本發(fā)明第三方面提供了一種呼氣監(jiān)測血糖的水凝膠光纖維傳感器在對呼出氣體中丙酮定量檢測中的應(yīng)用。所述呼氣監(jiān)測血糖的水凝膠光纖維傳感器是本發(fā)明第一方面提供的。

19、在teflon管中注入酶溶液，向氣室內(nèi)通入待檢測氣體，待檢測氣體中的丙酮被水凝膠光纖維中的聚乙烯吡咯烷酮吸附，酶溶液還原丙酮，使熒光指示劑中的熒光物質(zhì)被氧化，熒光信號降低，光纖維光譜儀根據(jù)熒光信號的變化，得到待檢測氣體的熒光強(qiáng)度，并帶入到熒光強(qiáng)度-丙酮濃度的擬合曲線中，得到待檢測氣體的丙酮濃度。

20、本發(fā)明中氣體進(jìn)入呼氣監(jiān)測血糖的水凝膠光纖維傳感器中，水凝膠光纖維中的聚乙烯吡咯烷酮，即pvp，對氣體中的丙酮進(jìn)行吸附，仲醇脫氫酶即s-adh還原丙酮?dú)怏w而導(dǎo)致熒光物質(zhì)，即nadh消耗，通過光譜儀可以檢測出熒光物質(zhì)nadh產(chǎn)生的熒光信號的降低，nadh消耗的含量能反映患者呼氣中丙酮的含量，以此監(jiān)測血糖含量。本發(fā)明通過teflon管中加入醇脫氫酶，往氣室中通入乙醇?xì)怏w，可將水凝膠中的nad+還原為nadh，如此可使得該水凝膠光纖維器件用于長期監(jiān)測。

21、在另一個優(yōu)選實施例中，所述酶溶液是將pb緩沖溶液或pbs緩沖液與仲醇脫氫酶混合得到的。

22、在另一個優(yōu)選實施例中，pb緩沖溶液或pbs緩沖液與所述仲醇脫氫酶的用量比為300μl～600μl：1mg～2mg。

23、與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明具有以下有益效果：

24、本發(fā)明中的呼氣監(jiān)測血糖的水凝膠光纖維傳感器，利用水凝膠能容納響應(yīng)基質(zhì)的性能，通過在水凝膠中載入聚乙烯吡咯烷酮和熒光物質(zhì)，聚乙烯吡咯烷酮對丙酮?dú)怏w進(jìn)行吸附，氣體分子進(jìn)入水凝膠中與熒光物質(zhì)相互作用，熒光信號發(fā)生改變，通過輸出信號反映熒光物質(zhì)的改變，以此反映出氣體含量。通過本發(fā)明中呼氣監(jiān)測血糖的水凝膠光纖維傳感器能夠?qū)崿F(xiàn)無創(chuàng)治療，不會給患者在監(jiān)測過程帶來不舒適感以及不良反應(yīng)，并且檢測的靈敏度高，準(zhǔn)確度高，結(jié)構(gòu)簡單，可重復(fù)使用，檢測時間小于10min。