隨着飲食習慣與生活方式的變遷，中國的糖尿病患病率也迅速增加，根據國際糖尿病聯盟（idf）最新發布的數據表明，2021年，中國20-79歲人群中糖尿病的患病率已達到10.6%，患病人數1.41億。
血糖檢測成為糖尿病患者每天必做之事，但傳統單一的生物標誌物檢測方法往往難以同時滿足不同環境的需求，而且市場上已存在的血糖儀監測的長期使用可能會造成局部血管萎縮等問題。
為此，西安電子科技大學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光結合增材製造技術實現汗液葡萄糖檢測。
“稀土發光可以算得上是我們課題組的‘看家本領’，我們在此領域發表了幾十篇論文，並授權了多項專利”，在稀土發光領域深耕十餘年的呂銳嬋對“稀土”這一材料十分鐘愛，“稀土可以把我們人肉眼看不到的近紅外光轉換到肉眼能夠看到的可見光區間，這就是稀土的上轉換，通過它的這一特性，可以實現檢測的肉眼可見”。
“我們製造了一種發光陣列薄膜，以稀土上轉換納米粒子作為核心，外麵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為無色；從發光上來看，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過程相當了解，“除了顏色和發光之外，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值”。
除了在材料上下功夫，呂銳嬋也在思考如何讓這些材料發揮最大效用。“二氧化錳包裹稀土上轉換納米粒子很小，只有100納米左右，粉末易吸水造成穩定性差，所以我們需要一個載體。”
呂銳嬋團隊採用採用pmma光子晶體進行了進一步的熒光增強，並採用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，我們納米級粒子可以很好地沉積在這些縫隙里，就會產生光子晶體的效應；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製造全國重點實驗室副主任，呂銳嬋對薄膜的製造工藝也花了很多心思，“我們用到了全國重點實驗室研發的增材製造裝備，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製造，很好地滿足了我們打造pdms陣列的需求”。
這一製造方法不僅可以使得檢測薄膜力學性能更穩定，更可以提高發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，由於產生了局部發光增強效應，會更清楚的看到納米粒子發出的可見光，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製造技術的加持下，呂銳嬋團隊設計出了便攜式熒光檢測裝置，在檢測的靈敏度和範圍方面都有了很明顯的提升，檢測靈敏度可達到1.2μm，線性範圍可從20μm至800μm。
“雖然這個成果在檢測靈敏度、檢測區間、便攜程度上都有了很大提升，但汗液中的葡萄糖和傳統血糖在時間軸上的濃度分布曲線還是有區別的，我們也正在探尋其中的規律”，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，我們或許可以期待這一“葡萄糖體外光電檢測技術”的普及應用。
華商報大風新聞記者 任婷
