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集成微流控芯片检测血糖水平

  芯片实验室适用于开发早期诊断和糖尿病预防的血糖仪。只需要一小滴汗液,一种光流控装置就可以检测汗液溶液中的血糖。

 

  据报道,香港理工大学和浙江大学的研究团队开发出一种将光纤葡萄糖传感器集成到微流控芯片中的技术,该技术可以应用于便携式、高性能和低功耗的无创血糖测量设备。

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(a)光纤生物传感器集成微流控芯片的设计示意图:①为两个入口,②为出口,③为螺旋式混合物,④为光纤,⑤为嵌入式长周期光纤光栅传感器;(b)长周期光纤光栅传感器内部的模式耦合和光纤共振;(c)用于血糖感测和信号增强的多层膜运作机理。

 

  电化学葡萄糖生物传感器可以集成于微流控通道中,用来开发操作简便、低功耗、便携式微流控设备,但是电化学传感器经常会出现电活性干扰问题。香港理工大学的研究员们指出,光纤传感器可以针对上述问题提供解决方案,因为光纤传感器不受电磁干扰影响。

 

  通过将光纤生物传感器和微流控芯片结合在一起,A. Ping Zhang教授及其同事制作了一款抗干扰的光流控装置,该装置可用于血糖水平的超灵敏检测。他们给出的方法包含制备一个周期为390μm的长周期光纤光栅(optical fiber long-period grating, LPG)和一组包层直径为80μm的小直径光纤。

 

  研究人员表示,这款光纤装置通过共振散射产生强烈的同向模式耦合。由此而产生的中心波长,对通过光纤包层模消逝场的周围介质的折射率(refractive index, RI)变化十分敏感。

 

  为了将光纤折射率传感器转变成葡萄糖传感器,该团队选取葡萄糖氧化酶作为可以与溶液中的葡萄糖发生反应的传感材料。为了支撑传感薄膜并放大折射率变化,在固定传感薄膜之前,该团队在长周期光纤光栅传感器的侧面,沉积由聚乙烯亚胺与聚丙烯酸(polyethylenimine and polyacrylic acid, PAA)制成的pH感应多层膜。

 

  Zhang教授指出,PEI/PAA多层膜“监测葡萄糖氧化酶催化葡萄糖的氧化,并通过多层膜的膨胀或收缩映射氧化反应。”

 

  实验结果显示,就其本身而言,新的光纤传感器非常灵敏,可检测的葡萄糖氧化酶浓度低至1 nM。该团队称,将光纤传感器集成于微流控芯片后,传感器性能在检测范围和反应时间方面获得了进一步改善。

  

  值得注意的是,在实验期间生物分子活性没有明显降低,这意味着逐层自组装技术对传感薄膜内部的葡萄糖氧化酶呈现出强劲的静电吸附能力。相关研究发表于美国光学学会出版物《生物医学光学快讯》。

 



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