| 题名 | 无创血糖传感器制备及临床监测应用研究 |
| 作者 | 刘红敏 |
| 学位类别 | 博士 |
| 答辩日期 | 2009-05-30 |
| 授予单位 | 中国科学院电子学研究所 |
| 授予地点 | 电子学研究所 |
| 导师 | 蔡新霞 |
| 关键词 | 电化学葡萄糖传感器 锇氧化还原聚合物 低浓度葡萄糖 反离子电渗 无创监测 临床应用 |
| 其他题名 | Preparation of non-invasive blood glucose biosensor and its clinical monitoring application |
| 中文摘要 | 本研究面向糖尿病及其并发症的预防、诊断和治疗的重大需求，同时克服现有有创血糖检测方法的缺点和不足，开展无创血糖电化学传感器的制备及临床监测应用研究。选用新型的锇氧化还原聚合物作为电子媒介体制备葡萄糖传感器；基于反离子电渗原理，结合实验室自主研制的腕式无创血糖仪，将该传感器应用于葡萄糖经离体鼠皮的无创抽取和检测、活体动物的无创血糖监测以及无创血糖监测的临床应用研究。具体研究内容包括以下几方面： 首先，设计并制备了可用于血糖无创抽取与检测的电化学葡萄糖传感器。选用含有固定化辣根过氧化酶的新型锇聚乙烯吡啶氧化还原聚合物（Osmium-poly(vinylpyridine) redox polymer - horseradish peroxidase，Os-HRP）修饰金工作电极，干燥成膜后，在整个反应区域覆盖含有固定化葡萄糖氧化酶（glucose oxidase，GOD）的凝胶膜制备得到葡萄糖传感器。采用电化学方法在标准葡萄糖溶液中对传感器的性能进行了检测，结果表明，在2 ~ 600 µM浓度范围内，传感器的灵敏度为9.79 nA/µM，线性相关性R = 0.999；搅拌状态下，传感器的响应电流在13.5 小时后较初始值下降了约2.2 %，在4 ℃密封保存5个月后信号无明显下降，聚合物媒介体和酶显示了良好的固定化和存储稳定性；H2O2在Os-HRP/GOD双层膜中的扩散速率为2.4 × 10-5 cm2/s ，凝胶层对小分子物质的扩散影响较小；在22 ~ 50 ℃范围内，传感器的响应电流随反应体系温度的升高而增大，信号增幅约为9.5 %/℃；传感器集取样和检测功能于一体，且Ag|AgCl对电极在抽取阶段复用为葡萄糖抽取电极对检测阶段葡萄糖的测试不产生干扰。传感器基本满足了经皮无创抽取出的微量葡萄糖的检测要求。 第二，基于反离子电渗原理，将传感器浸入剥离的裸鼠皮肤上表面接触的溶液中或紧贴皮肤上表面固定，结合电化学工作站或实验室自主研制的腕式无创血糖仪，进行皮下葡萄糖的无创抽取和抽取至传感器表面的微量葡萄糖的检测。在皮下质控葡萄糖浓度为0.6 ~ 16.9 mM范围内，y = - 4.61 x - 1.76（R = 0.993），其中，y为无创血糖仪检测电流值（nA），x为皮下葡萄糖浓度（mM）；对5 mM的皮下葡萄糖溶液进行连续5次的取样和检测，获得的电流信号的变异系数（coefficient of variation，CV）为5.19 %，检测电流值与皮下葡萄糖浓度值显示了良好的线性相关性和稳定性。 第三，使用研制的葡萄糖传感器，结合自制的腕式无创血糖仪，在北京大学实验动物中心开展了兔在体无创血糖监测应用研究。改进传感器掩模的设计，解决了血糖监测过程中电极熔断的问题；建立数据处理算法，将传感器检测电流值换算为血糖浓度值；兔血糖自然变化情况下，无创血糖仪检测血糖值的CV为6.18 %；人为干预兔血糖水平情况下，无创检测血糖值对有创血糖值具有很好的跟随性；使用评价血糖仪测试数据临床准确性的Clarke分布图对多次实验的结果进行分析，70个数据点（72.17 %）分布在A区，27个数据点（23.83 %）分布在B区，无数据分布在C、D和E区，即无创检测结果均位于临床准确（A区）或临床可接受（B区）区域。动物无创血糖监测结果很好的反映出血糖的变化趋势，为临床应用研究奠定了基础。 第四，在上述研究基础上，对传感器的制备条件进行优化，并结合自制的腕式无创血糖仪，在中国人民解放军总医院和海军总医院开展了无创血糖监测的临床应用研究，针对实际应用时出现的问题，进一步改进传感器的设计，完善数据处理算法，提高传感器和检测仪表的临床监测稳定性和准确性。结果表明，在优化的制备条件下，传感器在标准葡萄糖溶液中的灵敏度为30.85 nA/µM；在临床应用中，无创血糖仪检测血糖值的CV为11.86 %，无创检测血糖值与有创血糖值的线性拟和方程为y = 0.79 x + 1.42（R = 0.70），其中y为无创检测血糖值，x为有创检测或插补血糖值；使用Clarke图对83例临床应用研究的结果进行分析，所获得的619个数据点中，372个数据点（60.10 %）分布在A区，210个点（33.93 %）分布在B区，20个点（3.23 %）在C区，D区有14个点（2.26 %），E区有3个点（0.48 %），总计有582（94.03 %）个点分布在临床准确或可接受区域（A+B区）。无创血糖仪监测结果能够很好的反映出血糖的变化趋势，且与有创检测结果相比，显示了较好的跟随性、相关性和准确性，在血糖监测、糖尿病的预防和控制等方面具有广泛的潜在应用前景。 |
| 语种 | 中文 |
| 公开日期 | 2011-07-19 |
| 页码 | 180 |
| 内容类型 | 学位论文 |
| 源URL | [http://159.226.65.12/handle/80137/8751]  |
| 专题 | 电子学研究所_电子所博硕士学位论文_电子所博硕士学位论文_学位论文 |
| 推荐引用方式 GB/T 7714 | 刘红敏. 无创血糖传感器制备及临床监测应用研究[D]. 电子学研究所. 中国科学院电子学研究所. 2009. |
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