[发明专利]具有温度自补偿的光纤表面等离子共振葡萄糖传感器

说明书

技术领域

本发明涉及一种光纤表面等离子共振(SPR)葡萄糖传感器。特别是涉及一种包括光纤纤芯、光纤包层、光纤光栅、铬层、金膜、葡萄糖分子特异性吸附层的具有温度自补偿的光纤表面等离子共振葡萄糖传感器。

背景技术

随着人们生活水平的提高，生活方式的改变，人口老龄化以及肥胖发生率的增加，糖尿病的发病率呈逐年上升趋势。糖尿病是一种慢性新陈代谢疾病，以高血糖为特征。糖尿病长期高血糖往往会造成许多组织，尤其是眼、神经、心脏及血管的损伤，导致其功能缺陷和衰竭。因此世界卫生组织将它和肿瘤、心脑血管病一起列为世界范围内的三大疑难病症。目前临床上还没有彻底根治糖尿病的医学手段，现今治疗糖尿病的目标是尽可能的测定血糖浓度以便用来实施胰岛素控制，避免人体血糖过高，预防或减轻并发症的发生并对症治疗并发症。因此人体血糖浓度的动态连续检测，从检测的信息中反应出患者病症的变化情况，从而制定符合患者自身的，更具有人性化的治疗方案，对缓解糖尿病以及其并发症，缓解患者的痛苦有着积极的意义，也是糖尿病的预防和未来治疗的前提和基础。

血糖监测过程中所使用的血糖检测技术，按其对机体的创伤程度可分为有创、微创和无创检测。有创检测一般是指尖取血触及血管与神经造成伤口并引发痛感；无创是指基于光学技术来检测糖浓度变化，对机体没有任何损伤；微创是指虽有小的创伤，但未触及血管与神经，患者几乎无痛苦。有创血糖监测多采用静脉抽血和快速指尖末梢血来检测血糖。由于检测方法的限制，血糖监测只能在孤立的时间点完成，其结果反映的是一天中某几个时刻的瞬间血糖，瞬间血糖值是离散的并不能反映出人体在某一时段血糖的全部信息，用这些离散的测量点制定糖尿病的缓解方案，存在着一定的片面性和不准确性；而且多次抽血不仅消耗大量试纸，耗费时间，也给患者带来一定的心理负担和生理疼痛。各种基于光学技术的无创血糖检测方法大都尚不成熟，处于实验研究阶段不能够应用于临床，不能应用于仪器化生产，无法满足动态、连续地检测人体血糖浓度的要求。而且，至今仍没有任何无创血糖检测仪器通过美国FDA的认证。

微创血糖检测技术就是采用微创的方法从人体皮肤中无痛(或微痛)提取组织液，然后使用生物传感技术测量组织液中的葡萄糖含量，最后根据组织液中葡萄糖浓度与血液中葡萄糖浓度的相关性，进而推断出人体血液中葡萄糖的浓度，通过在皮下植入微型传感器测量组织液中葡萄糖浓度的方法也属于微创血糖浓度检测技术的研究范畴。微创血糖检测技术既能够最大限度地避免有创血糖检测带来的不便，其方法较之无创血糖检测又更容易实现，并且更容易实现仪器化生产，因此受到了人们的持续关注和广泛的研究，具有很高的研究价值。

表面等离子共振(SPR)传感器对折射率以及物质浓度极其敏感，能够满足微创血糖中葡萄糖浓度的检测要求。表面等离子体共振(SPR)是一种物理光学现象，由入射光波和金属导体表面的自由电子相互作用而产生。光在光密介质和光疏介质的界面发生全反射时如果在两种介质界面之间存在厚度为几十纳米的金属薄膜，那么全反射时产生的倏逝波的P偏振分量将会进入金属薄膜，与金属薄膜中自由电子振荡所产生的表面等离子体波(SPW)相互作用，当入射光的角度或波长到某一特定值时，倏逝波在X轴方向的分量和表面等离子体波(SPW)发生共振，全反射的反射光的能量突然下降，在反射谱上出现共振吸收峰，此时入射光的角度或波长，称为SPR的共振角或共振波长。SPR的共振角或共振波长与金属薄膜表面的性质密切相关，如果在金属薄膜表面附着被测物质，会引起金属薄膜表面折射率的变化，从而引起SPR光谱的变化，根据这些变化就可以测量金膜表面物质的性质(折射率、浓度)。光纤SPR探头体积小巧，便携性强，抗电磁干扰，容易与组织液透皮抽取芯片相结合制造小型化仪器，同时也适用于皮下植入微型传感器测量组织液中葡萄糖浓度。但是由于组织液除了含有葡萄糖之外其他成分复杂，测量容易受到干扰；同时，光纤SPR测量还受到外界环境温度变化的影响，测量误差较大。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是，提供一种具有排除其他物质干扰，能够满足实时、连续地微创血糖检测要求的具有温度自补偿的光纤表面等离子共振葡萄糖传感器。

本发明所采用的技术方案是：一种具有温度自补偿的光纤表面等离子共振葡萄糖传感器，包括光纤纤芯，所述的光纤纤芯的外周包裹有光纤包层，所述光纤纤芯的10～30mm的一段上写入有光纤光栅，所述的光纤包层的15～30mm的一段的外周上由内向外依次设置有铬层、金膜以及葡萄糖分子特异性吸附层。

所述的光纤为单模光纤。