使用智能手机连续监测血糖的可穿戴隐形眼镜生物传感器

PART01

研究背景

眼球和眼泪能够提供重要的生理信号，如眼压、角膜厚度以及泪液中的各种生理标志物等。生理标志物可以从血液通过屏障向泪液扩散。因此，泪液可以作为血液的潜在替代品，用于减轻采血过程中给患者带来的疼痛和不便，实现对某些疾病的无创检测。目前血糖的检测主要采用抽血化验的方法，这种方式有创并且不能实时监测。而之前的研究已经表明，血液中的葡萄糖和眼泪中的葡萄糖含量具有相关性，这就说明可以通过泪液中的葡萄糖含量来进行糖尿病的检测。目前已经有很多电化学原理的传感器被研发用于泪糖检测，但是其结构复杂，研究成本比较高。

PART02

创新点

利用光栅衍射原理进行泪液中葡萄糖含量的检测，在水凝胶中制备出光栅图案，通过这种方式在隐形眼镜中引入光栅结构。在苯硼酸功能化的葡萄糖选择性水凝胶膜上印刷了周期为1.6um的光子显微结构,与葡萄糖结合后，微结构体积膨胀，这改变了光栅的周期，从而可以对泪液中的葡萄糖含量进行标的。

PART03

文章解析

图1.一维光学光栅生物传感器的制备工艺及表面表征。

(a)水凝胶葡萄糖传感器制作工艺示意图；(b)衍射光栅的光学显微镜图像；(c)原始光栅的照片，(ii)制备的水凝胶传感器的照片，(iii)光学光栅传感器对白光源的衍射图(透射)；(d)用于投射透射衍射图样的装置示意图。

图2.光栅水凝胶传感器在40%的相对湿度和充分水合条件下被单色光照射时的衍射图。

(a)以透射模式记录衍射的原理图；(b-d)在40%相对湿度条件下，光学光栅传感器分别被红色(nm)、绿色(nm)和蓝色(nm)激光照射时的衍射图；(e-g)传感器在充分水合条件下分别被红色、绿色和蓝色激光照射时的衍射图；(h,i)在40%的相对湿度和充分水分条件下，零/一阶空间与激光波长的关系；(j)40%湿度和充分水合条件下各种激光波长的衍射效率；(k,l)相对湿度为40%的主光栅和印迹水凝胶表面的显微图像；(m,n)水凝胶传感器在相对湿度40%和完全水合；(F，H)条件下的原理图和傅里叶变换。

图3.光栅结构传感器的透光特性。

(a)测量传感器在不同偏振角下的透射率的装置示意图；(b,c)相对湿度为40%、水分充分时，不同偏振角度下的非偏振光和偏振光对波长的透射率；(d,e)相对湿度为40%和水分充分条件下，传感器的透射光谱与白光波长(-nm)偏振角的关系；(f,g)相对湿度为40%、水分充分条件下光子结构传感器在平面镜上的反射模式衍射光的角度分辨测量。

图4.一维光子结构传感器的传感原理。

(a)葡萄糖-苯硼酸络合作用对1DPS传感器的影响;(b)硼酸与葡萄糖的平衡方程式;(c)不同葡萄糖浓度下1D光栅传感器截面显微图像;(d)传感器长度随葡萄糖浓度的变化。

图5.(a)传感器在2mM葡萄糖PBS溶液中的膨胀;(b)10mM葡萄糖(pH7.4，离子强度mM)中的膨胀；(c)在三个周期内，重复改变葡萄糖溶液的浓度，检测传感器的可重复性。

图6.(a)人造眼睛上的商业隐形眼镜的照片;(b)附在隐形眼镜上并放置在眼睛模型上的传感器的照片;(c)测量装置示意图;(d)利用光功率计测量不同葡萄糖浓度(0-50mM)下衍射一级反射光功率随时间的变化;(e)传感器的衍射效率随葡萄糖浓度(0-50mM)的变化;(f)传感器反射出的一级衍射光的功率随葡萄糖浓度的变化;(g)智能手机记录的流明度随葡萄糖浓度的变化。

PART04

读后感

报道提出了一款用于泪糖检测的无线智能隐形眼镜，利用光栅衍射原理进行泪液中葡萄糖含量的检测，在水凝胶中制备出光栅图案，从而在隐形眼镜中引入光栅结构。在苯硼酸功能化的葡萄糖选择性水凝胶膜上印刷了周期为1.6um的光子显微结构,与葡萄糖结合后，微结构体积膨胀，这改变了光栅的周期，从而可以对泪液中的葡萄糖含量进行标的。工作具有创新性，对我们具有参考意义。

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