阅读说明：本技术 用于血糖检测纳米标志物、基于其的动态近红外光谱无损血糖仪及其制备方法 (Nano marker for blood glucose detection, dynamic near infrared spectrum nondestructive blood glucose meter based on nano marker and preparation method of dynamic near infrared spectrum nondestructive ) 是由 杨立峰 陈楚林 张恒静 田明睿 陈鹏 丁植 刘自强 张希仁 彭仁军 张靖 于 2019-11-21 设计创作，主要内容包括：本发明公开了用于血糖检测纳米标志物、基于其的动态近红外光谱无损血糖仪及其制备方法,包括激光器、激光聚焦单元、半透半反透镜,激光调制器、间质液吸附装置、微处理器以及显示模块,还包括设置有纳米标志物的纳米标志物盒、微型光谱仪一、缓冲反应皿一、分光系统、微型光谱仪二、缓冲反应皿二及差分电路模块,所述纳米标志物盒通过缓冲反应皿一与间质液吸附装置相连接,所述缓冲反应皿二与间质液吸附装置相连接,所述微型光谱仪一和微型光谱仪二与差分电路模块连接。使用纳米标志物具有荧光或磷光特性,增强检测效率且使用纳米标志物使得血糖检测更加直接,避免其他组织成分的影响。(The invention discloses a dynamic near infrared spectrum nondestructive blood glucose meter for blood glucose detection, which comprises a laser, a laser focusing unit, a semi-transparent semi-reflective lens, a laser modulator, an interstitial fluid adsorption device, a microprocessor, a display module, a nano marker box provided with a nano marker, a first micro spectrometer, a first buffer reaction vessel, a light splitting system, a second micro spectrometer, a second buffer reaction vessel and a differential circuit module, wherein the nano marker box is connected with the interstitial fluid adsorption device through the first buffer reaction vessel, the second buffer reaction vessel is connected with the interstitial fluid adsorption device, and the first micro spectrometer and the second micro spectrometer are connected with the differential circuit module. The nano marker has fluorescent or phosphorescent characteristics, the detection efficiency is enhanced, the blood sugar detection is more direct by using the nano marker, and the influence of other tissue components is avoided.)

用于血糖检测纳米标志物、基于其的动态近红外光谱无损血 糖仪及其制备方法

技术领域

本发明涉及一种用于医学检测糖尿病患者血糖水平的测量仪，具体涉及一种基于纳米标志物的动态近红外光谱无损血糖仪。

背景技术

糖尿病是一种由多种病因引起的以慢性高血糖为特点的代谢性疾病，伴随因胰岛素分泌或者胰岛素作用缺陷，引起的糖、蛋白质、脂肪、水和机体内电解质等一系列代谢紊乱。实施血糖监测可以更好的掌控糖尿病患者的血糖变化，对生活规律，活动，运动，饮食以及合理用药都具有重要的指导意义，血糖仪即是测量血糖水平的电子仪器。

无创伤、连续可测、便携式的动态血糖检测仪已经成为当前血糖仪发展趋势。国际糖尿病联合会发布的《糖尿病地图》显示，2013年全球约有3.82亿成年人患有糖尿病，而我国已成为全球糖尿病患者最多的国家，总糖尿病患病人数将近一亿，糖尿病前期人数达1.5亿左右。为了控制糖尿病患者的病情发展，需要不间断地监测其血糖水平，以达到使得其血糖值保持在正常范围的目的。

目前已经公开了许多关于无损血糖仪的发明专利，如《一种基于光声谱特征的可佩带式无创伤动态血糖检测仪》(CN105559794A)，其利用光声谱多阵列对红外传感阵列中各传感器的信号进行增强以测量血糖值；《一种复合型光声无损动态血糖检测仪》(CN104706363A)是通过调制信号和压电换能器阵列来提高光声信号的检测；《无创伤自测血糖仪》(CN1271562A)，其利用红外光发射管作为红外光源(波长：1000～2900nm)，采用透射式来测量血糖值。

以上方法采用的光声谱检测血糖信号，均受干扰严重且对环境要求高，同时也未能彻底解决光声转化效率低的问题。无损血糖仪为何迟迟不能研发成功，究其原因主要在于：(1)难以突破稳定性和准确性的瓶颈；(2)光声信号弱，检测难度大。

发明内容

本发明的目的在于：针对光声谱检测血糖信号，均受干扰严重且对环境要求高，同时也未能彻底解决光声转化效率低的问题，本发明提供一种用于血糖检测的纳米标志物。

本发明的另外一个目的是提供基于纳米标志物的近红外光谱动态无损血糖仪。

本发明还有一个目的是提供一种纳米标志物的制备方法。

本发明采用的技术方案如下：

一种用于血糖检测的纳米标志物，所述纳米标志物由共振核心层和***包覆层组成，激化激元共振核心层至少包含金纳米球一、金纳米球二及基底纳米粒子，***包覆层由多肽分子、巯基生物小分子及聚苯乙烯磺酸盐接头组成。本发明的纳米标志物可以通过共价键链接到间质液的血糖蛋白上，从而形成携带有纳米标志物血糖蛋白。

优选地，所述基底纳米粒子为介孔二氧化硅纳米基底。

优选地，所述金纳米球一和金纳米球二缀合在基底纳米粒子上形成激化激元共振核心层，所述金纳米球一和金纳米球二两者的距离满足

基于纳米标志物的近红外光谱动态无损血糖仪，包括激光器、激光聚焦单元、处于激光器与激光聚焦单元之间的半透半反透镜，用于调控激光器的激光调制器、间质液吸附装置、微处理器以及显示模块，还包括设置有权利要求1-4任一项所述的纳米标志物的纳米标志物盒、微型光谱仪一、缓冲反应皿一、分光系统、微型光谱仪二、缓冲反应皿二及差分电路模块，所述纳米标志物盒通过缓冲反应皿一与间质液吸附装置相连接，所述缓冲反应皿二与间质液吸附装置相连接，所述微型光谱仪一和微型光谱仪二与差分电路模块连接。

纳米标志物盒是盛放纳米标志物的盒子与间质液吸附装置通过缓冲反应皿一相连接，间质液吸附装置将带有血糖的间质液从皮肤吸附出来，进入缓冲反应皿一中，在缓冲反应皿一中纳米标志物通过共价键链接到间质液的血糖蛋白上，形成携带有纳米标志物血糖蛋白；激光器与激光调制器相连接，激光器受到激光调制器的控制，可以输出相应的波长和脉宽信号，可以在不同波长和脉宽下工作，光能量被缓冲反应皿一携带有纳米标志物血糖蛋白吸收后，由微型光谱仪一将携带有纳米标志物血糖蛋白增强后的信号检测出来，另一方面激光器发出的光通过半透半反透镜和全反镜后缓冲反应皿二中，可以将未加纳米标志物的液体光谱通过微型光谱仪二检测出来，最后微处理器从差分电路模块中计算出含有血糖蛋白含量的信息。

优选地，分光系统包括全反镜，所述全反镜设置在半透半反透镜与缓冲反应皿二之间。

进一步的，激光器可以是多波长调谐激光器，也可以是多个不同波长的激光器形成的激光器阵列。

进一步的，间质液吸附装置可以是电学的方法或引导法形成的装置，可以使得皮肤间质液吸附到纳米标志物盒相连处。

一种纳米标志物的制备方法，包括以下步骤：

步骤一：激化激元共振核心层的制备：将制备的金纳米球一溶液和金纳米球二溶液在超声搅拌下充分溶合3～5h，接着加入到制备的基底纳米粒子溶液中，充分搅拌后形成激化激元共振核心层，然后加入巯基生物小分子，去除多余的金纳米球形成的沉淀；

步骤二：在步骤一中获得的溶液中先后加入多肽分子溶液和聚苯乙烯磺酸钠溶液，充分搅拌形成稳定的化学键，即得纳米标志物。

优选地，所述基底纳米粒子通过软膜板法制备，直径范围为58～200nm

优选地，所述金纳米球一溶液或金纳米球二溶液的制备包括以下步骤：

所述金纳米球一溶液或金纳米球二溶液的制备包括以下步骤：

a)以十六烷基三甲基溴化铵为表面活性剂，正丁醇为助表面活性剂，正辛烷为油相，氯金酸的水溶液为水相，即30μL 0.02mol/L的十六烷基三甲基溴化铵，30μL 0.1mol/L正丁醇，120μL 0.6mol/L正辛烷和100μL 1％氯金酸的水溶液混合在一起，搅拌30分钟混合均匀，得到均匀且透亮的微乳液；

b)10mL超纯水中加入100μL 1％柠檬酸钠形成柠檬酸钠水溶液，在搅拌下，将柠檬酸钠水溶液逐滴加入到微乳液中，接着加入0.05mL 0.4 mol/L 1,6-二巯基己烷；

c)继续搅拌反应10～14h，得到金纳米球一溶液的悬浮液，然后静置23～25h，使其中的悬浮粒子完全沉淀，将上层溶液部分取出，在剩余的沉淀部分加入乙醇，即得到稳定的金纳米球一溶液；或继续搅拌反应20～24h，得到金纳米球二溶液的悬浮液，然后静置23～25h，使其中的悬浮粒子完全沉淀，将上层溶液部分取出，在剩余的沉淀部分加入乙醇，即得到稳定的金纳米球二溶液。

优选地，所述基底纳米粒子通过软膜板法制备，直径范围为58～200nm

优选地，所述金纳米球一的半径r₁为8nm～12nm。

优选地，所述金纳米球二的半径r₂为17nm～26nm。

相较于现有技术，本发明的有益效果是：

(1)使用纳米标志物具有荧光或磷光特性，增强检测效率。

(2)使用纳米标志物使得血糖检测更加直接，避免其他组织成分的影响。

(3)采用参考光路，使用差分方式检测数据，不受周围环境影响。

附图说明

图1为本发明的结构示意图；

图2金纳米球一TEM扫描结果；

图3金纳米球二TEM扫描结果。

图中标记为：11-激光器，12-激光聚焦单元，13-纳米标志物盒，14-微型光谱仪一，15-缓冲反应皿一，16-间质液吸附装置，17-激光调制器，18-微处理器，19-显示模块，110-差分电路模块，111-半透半反透镜，112-全反镜，113-微型光谱仪二，114-缓冲反应皿二。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本发明，并不用于限定本发明，即所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。

因此，以下对在附图中提供的本发明的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本发明的范围，而是仅仅表示本发明的选定实施例。基于本发明的实施例，本领域技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

需要说明的是，术语“第一”和“第二”等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。

实施例1

一种用于血糖检测的纳米标志物，所述纳米标志物由激化激元共振核心层和***包覆层组成，激化激元共振核心层至少包含金纳米球一、金纳米球二及基底纳米粒子，***包覆层由多肽分子、巯基生物小分子及聚苯乙烯磺酸盐接头组成。本发明的纳米标志物可以通过共价键链接到间质液的血糖蛋白上，从而形成携带有纳米标志物血糖蛋白。

所述的基底纳米粒子为孔二氧化硅纳米基底。

进一步的所述金纳米球一和金纳米球二缀合在基底纳米粒子上形成激化激元共振核心层，所述金纳米球一和金纳米球二两者的距离满足

实施例2

一种纳米标志物的制备方法，包括以下步骤：

步骤一：激化激元共振核心层的制备：将制备的金纳米球一溶液和金纳米球二溶液在超声搅拌下充分溶合3h，接着加入到制备的基底纳米粒子溶液中，充分搅拌后形成激化激元共振核心层，然后加入巯基生物小分子，去除多余的金纳米球形成的沉淀；

步骤二：在步骤一中获得的溶液中先后加入多肽分子溶液和聚苯乙烯磺酸钠溶液，充分搅拌形成稳定的化学键，即得纳米标志物。

所述金纳米球一溶液制备包括以下步骤：

a)以十六烷基三甲基溴化铵为表面活性剂，正丁醇为助表面活性剂，正辛烷为油相，氯金酸的水溶液为水相，配制成分散均匀且透亮的微乳液；

b)在搅拌下，将柠檬酸钠水溶液逐滴加入到微乳液中，接着加入1,6-二巯基己烷，

c)继续搅拌反应10h，得到金纳米球一溶液的悬浮液，然后静置23h，使其中的悬浮粒子完全沉淀，将上层溶液部分取出，在剩余的沉淀部分加入乙醇，即得到稳定的金纳米球一溶液；其中，所述基底纳米粒子通过软膜板法制备，直径为58nm，所述金纳米球一的半径r₁为9nm。

所述金纳米球二溶液的制备包括以下步骤：

a)以十六烷基三甲基溴化铵为表面活性剂，正丁醇为助表面活性剂，正辛烷为油相，氯金酸的水溶液为水相，配制成分散均匀且透亮的微乳液；

b)在搅拌下，将柠檬酸钠水溶液逐滴加入到微乳液中，接着加入1,6-二巯基己烷，

c)继续搅拌反应20h，得到金纳米球二溶液的悬浮液，然后静置23h，使其中的悬浮粒子完全沉淀，将上层溶液部分取出，在剩余的沉淀部分加入乙醇，即得到稳定的金纳米球二溶液，其中，所述金纳米球二的半径r₂为18nm。

实施例3

一种纳米标志物的制备方法，包括以下步骤：

步骤一：激化激元共振核心层的制备：将制备的金纳米球一溶液和金纳米球二溶液在超声搅拌下充分溶合5h，接着加入到制备的基底纳米粒子溶液中，充分搅拌后形成激化激元共振核心层，然后加入巯基生物小分子，去除多余的金纳米球形成的沉淀；

步骤二：在步骤一中获得的溶液中先后加入多肽分子溶液和聚苯乙烯磺酸钠溶液，充分搅拌形成稳定的化学键，即得纳米标志物。

所述金纳米球一溶液制备包括以下步骤：

a)以十六烷基三甲基溴化铵为表面活性剂，正丁醇为助表面活性剂，正辛烷为油相，氯金酸的水溶液为水相，配制成分散均匀且透亮的微乳液；

b)在搅拌下，将柠檬酸钠水溶液逐滴加入到微乳液中，接着加入1,6-二巯基己烷，

c)继续搅拌反应14h，得到金纳米球一溶液的悬浮液，然后静置25h，使其中的悬浮粒子完全沉淀，将上层溶液部分取出，在剩余的沉淀部分加入乙醇，即得到稳定的金纳米球一溶液；其中，所述基底纳米粒子通过软膜板法制备，直径范围为60nm,所述金纳米球一的半径r₁为10nm。

所述金纳米球二溶液的制备包括以下步骤：

a)以十六烷基三甲基溴化铵为表面活性剂，正丁醇为助表面活性剂，正辛烷为油相，氯金酸的水溶液为水相，配制成分散均匀且透亮的微乳液；

b)在搅拌下，将柠檬酸钠水溶液逐滴加入到微乳液中，接着加入1,6-二巯基己烷，

c)继续搅拌反应24h，得到金纳米球二溶液的悬浮液，然后静置25h，使其中的悬浮粒子完全沉淀，将上层溶液部分取出，在剩余的沉淀部分加入乙醇，即得到稳定的金纳米球二溶液。

其中，所述金纳米球二的半径r₂为20nm。

实施例4

如图1所示，基于纳米标志物的近红外光谱动态无损血糖仪，包括激光器11、激光聚焦单元12、处于激光器11与激光聚焦单元12之间的半透半反透镜111，用于调控激光器11的激光调制器17、间质液吸附装置16、微处理器18以及显示模块19，还包括设置有权利要求1-4任一项所述的纳米标志物的纳米标志物盒13、微型光谱仪一14、缓冲反应皿一15、分光系统、微型光谱仪二113、缓冲反应皿二114及差分电路模块110，所述纳米标志物盒13通过缓冲反应皿一15与间质液吸附装置16相连接，所述缓冲反应皿二114与间质液吸附装置16相连接，所述微型光谱仪一14和微型光谱仪二113与差分电路模块110连接。

纳米标志物盒13是盛放纳米标志物的盒子与间质液吸附装置16通过缓冲反应皿一15相连接，间质液吸附装置16将带有血糖的间质液从皮肤吸附出来，进入缓冲反应皿一15中，在缓冲反应皿一15中纳米标志物通过共价键链接到间质液的血糖蛋白上，形成携带有纳米标志物血糖蛋白；激光器11与激光调制器17相连接，激光器11受到激光调制器17的控制，可以输出相应的波长和脉宽信号，可以在不同波长和脉宽下工作，光能量被缓冲反应皿一15携带有纳米标志物血糖蛋白吸收后，由微型光谱仪一14将携带有纳米标志物血糖蛋白增强后的信号检测出来，另一方面激光器11发出的光通过半透半反透镜111和全反镜112后缓冲反应皿二114中，可以将未加纳米标志物的液体光谱通过微型光谱仪二113检测出来，最后微处理器18从差分电路模块110中计算出含有血糖蛋白含量的信息。

实施例5

在实施例4的基础上，分光系统包括全反镜112，所述全反镜112设置在半透半反透镜111与缓冲反应皿二114之间。

实施例6

在实施例4的基础上，激光器11可以是多波长调谐激光器11，也可以是多个不同波长的激光器11形成的激光器11阵列。

实施例7

在实施例4的基础上，间质液吸附装置16可以是电学的方法或引导法形成的装置，可以使得皮肤间质液吸附到纳米标志物盒13相连处。

以上所述实施例仅表达了本申请的具体实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对本申请保护范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本申请技术方案构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本申请的保护范围。