本发明专利技术公开了一种电化学和光纤传感联用的葡萄糖连续测量装置和方法。本测量装置主要包含电化学阻抗分析部分和光纤传感部分两部分。其中电化学阻抗分析部分依次包括阻抗分析模块（或者电化学工作站）、工作电极、对电极和参比电极等三电极；光纤传感部分主要包括光源、光探测器、Y型光纤和光纤传感探头；其中光纤传感探头表面包覆有包含导电材料和葡萄糖氧化酶的导电敏感层，导电敏感层与工作电极导通，可作为工作电极的一部分。本发明专利技术的测量装置将电化学分析技术和光纤传感技术联用起来，克服了电化学方法灵敏度低的缺点和光纤传感无法实现葡萄糖连续测量的缺点，具有较高的测量精度和可靠性。量精度和可靠性。量精度和可靠性。
【技术实现步骤摘要】
一种电化学和光纤传感联用的血糖连续测量装置和方法
[0001]本专利技术涉及设计医疗器械领域，特别是一种电化学分析和光纤传感联用的葡萄糖含量长期连续测量的装置和测量方法。
技术介绍
[0002]葡萄糖定量分析在血液检测中发挥着重要作用，也是医学检测中最重要的一项检测内容之一。正常人在空腹血糖浓度为3.9～6.1mmol/L，餐后两小时血糖正常范围<7.8mmol/L。糖尿病患者由于胰岛细胞功能障碍或是机体细胞产生胰岛素抵抗，其血糖水平高于正常范围。持续的高血糖会引发机体糖脂代谢紊乱，诱发机体（尤其是中、小动脉血管）产生慢性炎症，增加高血压和动脉粥样硬化的发病风险。长期的糖尿病患者往往伴随着严重并发症，包括糖尿病性视网膜病变、肾功能不全、冠状动脉粥样硬化性心脏病和脑血管疾病等。血糖检测是糖尿病诊断和治疗中非常重要的环节，传统的血糖检测采用的是单点式葡萄糖传感器，一方面需要频繁地采集手指末梢血液样本，给患者带来很大痛苦；另一方面，这种离散式测量方式并不能实施的跟踪监测病人血糖含量的变化，不能及时掌握病人病情的发展态势。因此，连续血糖监测设备显得尤为重要，也成为当前血糖检测设备的发展方向。
[0003]目前市场上投入商用的连续血糖监测设备，基本都是基于葡萄糖氧化反应原理研发的电化学传感系统，即将葡萄糖浓度变化转换为电流变化。然而，该类传感器由于植入电极所处的人体局部环境较为复杂，且容易受到外界电磁场干扰，相较于静态测量模式，目前的连续血糖监测设备都难以达到较高灵敏度和可靠性。因此，连续血糖监测设备的测量准确性和可靠性都还有待提升。光纤葡萄糖传感器具有灵敏度高、响应快、稳定性好和抗电磁干扰等优点，是极具潜力的一种新型传感器，在糖尿病或血糖代谢异常患者的诊断和治疗领域有巨大前景。然而，现有的光纤葡萄糖传感器，例如光纤倏逝波型、表面等离子共振型和光纤光栅型等传感器基本上都是一次性传感器，这些类型传感器原理上依赖传感表面与葡萄糖发生反应，传感表面的反应底物在测量后不可再生，因此无法实现葡萄糖的长期连续测量。如何使光纤葡萄糖传感器实现长期连续测量是当前亟待解决的一个难题。
技术实现思路
[0004]本专利技术的目的是为了解决上述现有技术的缺陷，提供一种新型的电化学分析和光纤传感联用的葡萄糖浓度检测装置。该检测装置包含电化学分析部分和光纤传感部分，其中光纤传感探头覆盖有包含导电材料和葡萄糖氧化酶的导电敏感层，该导电敏感层与电化学分析部分的工作电极连接，作为电化学分析和光纤传感共同的传感界面。从而，既可以实现葡萄糖氧化过程中和双氧水催化分解过程中电荷转移形成的电流的测量，也可以实现上述反应过程中光学折射率参数的测量，从而从电化学和光纤传感两个维度来监测葡萄糖浓度的变化。
[0005]本专利技术的另一目的在于提供一种基于上述系统的电化学分析和光纤传感联用的
葡萄糖连续检测方法，该方法涉及到采用葡萄糖氧化酶对葡萄糖氧化并产生双氧水，双氧水被电极催化获得电子并分解为水分子和氧气分子，反应过程中传感界面保持完好，并无损耗。
[0006]本专利技术的第一个目的可以通过采取如下技术方案达到：测量装置主要包含电化学阻抗分析部分和光纤传感部分两部分。其中电化学阻抗分析部分依次包括阻抗分析模块（或者电化学工作站）、工作电极、对电极和参比电极等三电极；光纤传感部分主要包括光源、光探测器、Y型光纤和光纤传感探头；其中光纤传感探头表面包覆有包含导电材料和葡萄糖氧化酶的导电敏感层，导电敏感层与工作电极导通，可作为工作电极的一部分。所述与工作电极电导通的光纤传感探头和参考电极放置于同一测量液体中，实现血糖含量的电化学和光学同时连续检测。
[0007]所述的电化学阻抗分析部分，采用标准3电极体系进行阻抗分析。其工作电极与光纤传感探头表面的导电敏感膜电导通，其参考电极和对电极与光纤敏感探头放置于同一测量液体之中，可检测工作电极所连接的导电敏感膜内部或者表面电荷转移所产生的微弱电流。
[0008]优选的，所述的电化学阻抗分析部分的阻抗分析模块包含标准电化学工作站、阻抗分析仪，也包含微型、便携式能实现类似阻抗分析功能的模块或者仪器。
[0009]优选的所述的光学测量部分包含光源、光探测器、Y形光纤和光纤传感探头，光源和光探测器分别连接于Y形光纤的同一侧的两端，光纤传感探头连接Y形光纤的另一端，形成反射式测量光路。
[0010]优选的，光源可为单波长或者多波长激光光源、也可为LED光源、或者SLED光源、超连续谱光源等宽带光源，波长范围处于可见波段至近红外波段，即400nm ~ 2000nm波段。
[0011]优选的，光探测器可为光电探测器、也可为光谱仪，可探测400nm ~ 2000nm波段的光强信息，或者光谱信息。
[0012]优选的，Y形光纤也包含具有类似分光功能的光纤耦合器和光纤环形器。即实现Y形一侧的一端输入光信号，传输到Y形光纤另一端的光纤探头的反射信号会全部或者部分从Y形光纤输入侧的另一端口输出。
[0013]优选的，光纤传感探头由光纤表面等离子体共振传感器、光纤模式干涉传感器、长周期光纤光栅传感器和光纤法布里珀罗干涉传感器其中一种组成，该光纤传感探头可以实现表面折射率的测量，可通过监测强度变化、相位变化或者波长漂移连续检测折射率的变化。
[0014]优选的，所述光纤传感探头表面涂覆有其中光纤传感探头表面包覆有包含导电材料和葡萄糖氧化酶的导电敏感层，导电材料为导电水凝胶、导电金属纳米膜、阵列化导电金属、铟锡氧化物（indiumtinoxide，ITO）薄膜、铟锌氧化物（indiumzincoxide，IZO）薄膜、铟氟氧化物（indiumfoxide，IFO）薄膜等。葡萄糖氧化膜可以嵌入导电水凝胶中，也可通过化学键或者物理吸附于导电薄膜表面。
[0015]本专利技术的另一目的可以通过采取如下技术方案达到：一种基于上述系统的电化学分析和光纤传感联用的葡萄糖连续检测方法，步骤如下：S1、溶液或者体液中的葡萄糖扩散至光纤传感探头表面的包含有葡萄糖氧化酶的敏感膜，被葡萄糖氧化酶氧化，并产生双氧水。从光纤传感测量功能来看，双氧水的产生会
引起光纤传感探头表面局域折射率改变，从而引起光学信号的改变，通过改变量大小可以反推出产生的双氧水含量，进而反推出溶液或体液中葡萄糖的含量。
[0016]S2、双氧水被电极催化得到电子并分解为水分子和氧气分子，产生电荷转移，并形成电流，该电流被三电极系统的电化学阻抗分析仪或者电化学工作站检测到，通过电流大小可反推出葡萄糖含量；同时，光纤传感探头表面的双氧水分解为水分子和氧气分子也会引起表面折射率的改变，从而引起光学信号的改变，通过改变量可反推出双氧水分解的变化量，进而反推出溶液或体液中葡萄糖的含量。
[0017]优选的，可通过测量葡萄糖氧化过程和双氧水分解过程中光学信号总的改变量来反推出葡萄糖的含量。
[0018]本专利技术相对于现有技术具有如下的有益效果：1、本专利技术通过电化学分析和光纤传感多领域交叉技术联用，实现了葡萄糖含量的电本文档来自技高网...
【技术保护点】
【技术特征摘要】
1.一种电化学分析和光纤传感联用的血糖连续测量装置和方法，用于长期连续的血糖检测；其特征在于，所述测量装置主要包含电化学阻抗分析部分和光纤传感部分两部分；其中电化学阻抗分析部分依次包括阻抗分析模块（或者电化学工作站）、工作电极、对电极和参比电极等三电极；光纤传感部分主要包括光源、光探测器、Y型光纤和光纤传感探头；其中光纤传感探头表面包覆有包含导电材料和葡萄糖氧化酶的导电敏感层，导电敏感层与工作电极导通，可作为工作电极的一部分；所述与工作电极电导通的光纤传感探头和参考电极放置于同一测量液体中，实现血糖含量的电化学和光学同时连续检测。2.根据权利要求1所述的电化学阻抗分析部分，采用标准3电极体系进行阻抗分析，其工作电极与光纤传感探头表面的导电敏感膜电导通，其参考电极和对电极与光纤敏感探头放置于同一测量液体之中。3.根据权利要求1所述的电化学阻抗分析部分可检测工作电极所连接的导电敏感膜内部或者表面电荷转移所产生的微弱电流。4.根据权利要求1所述的电化学阻抗分析部分的阻抗分析模块包含标准电化学工作站、阻抗分析仪，也包含微型、便携式能实现类似阻抗分析功能的模块或者仪器。5.根据权利要求1所述的光学测量部分包含光源、光探测器、Y形光纤和光纤传感探头，光源和光探测器分别连接于Y形光纤的同一侧的两端，光纤传感探头连接Y形光纤的另一端，形成反射式测量光路。6.根据权利要求1和5所述，光源可为单波长或者多波长激光光源、也可为LED光源、或者SLED光源、超连续谱光源等宽带光源，波长范围处于可见波段至近红外波段，即400nm ~ 2000nm波段。7.根据权利要求1和5所述，光探测器可为光电探测器、也可为光谱仪，可探测400nm ~ 2000nm波段的光强信息，或者光谱信息。8.根据权利要求1和5所述，Y形光纤也包含具有类似分光功能的光纤耦合器和光纤环形器；即实现Y形一侧的一端输入光信号，传输到Y形光纤另一端的光纤探头的反射信号会全部或者部分从Y形光纤输入侧的另一端口输出。9.根据权利要求1和5所述，光纤传感探头由光纤表面等离子体共振传感器、光纤模式干涉传感器、长周期光纤光栅传感器和光纤法布里珀罗干涉传感器其中一种组成，该光纤传感探头...
【专利技术属性】
技术研发人员：唐熠达，李凯伟，孟祥彬，陈静，邵春丽，王旭梁，郑济林，汪京嘉，王文尧，郑一天，
申请(专利权)人：李凯伟孟祥彬，
类型：发明
国别省市：
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