專利名稱：人體血糖濃度的微創(chuàng)、動(dòng)態(tài)、連續(xù)檢測(cè)方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種人體血糖濃度的檢測(cè)方法。特別是涉及一種基于低頻超聲皮膚增透 技術(shù)、真空負(fù)壓抽取技術(shù)、皮膚阻抗/電阻測(cè)量技術(shù)和表面等離子共振測(cè)量技術(shù)的人體血 糖濃度的微創(chuàng)、動(dòng)態(tài)、連續(xù)檢測(cè)方法。
背景技術(shù)：
糖尿病是中老年人的常見和多發(fā)病，隨著人們生活水平的提高，糖尿病的發(fā)病率也 曰益上升，世界衛(wèi)生組織將它和腫瘤，心腦血管病一起列為世界范圍內(nèi)的三大難癥。據(jù) 國(guó)際糖尿病聯(lián)合會(huì)估計(jì)，目前全球糖尿病患者已超過2.4億，到2025年這一數(shù)字將增加 到3.5億；同時(shí)，據(jù)最新統(tǒng)計(jì)目前我國(guó)共有糖尿病患者近4050萬，占世界患者總數(shù)的20 %左右，每年糖尿病醫(yī)療費(fèi)用達(dá)833億元。糖尿病造成的醫(yī)療開支巨幅增長(zhǎng)，并給發(fā)展 中國(guó)家?guī)韯趧?dòng)力的巨大損失，己被公認(rèn)為愈來愈嚴(yán)重，且存在于全世界所有國(guó)家的普 遍性公共衛(wèi)生健康問題。積極預(yù)防和治療糖尿病已迫在眉睫。目前的糖尿病檢測(cè)方法主要依靠的是有創(chuàng)測(cè)量，即通常需要從病人的手指處取血， 然后依靠化學(xué)的方法，測(cè)定病人血液中葡萄糖的濃度，有創(chuàng)方法在血糖檢測(cè)過程中需要 消耗品，每次對(duì)病人進(jìn)行血糖檢測(cè)時(shí)都會(huì)對(duì)病人產(chǎn)生一定程度的傷害，給他們帶來痛苦 并有感染的危險(xiǎn)，且這種方法最大的缺點(diǎn)就是不能實(shí)現(xiàn)人體血糖濃度的動(dòng)態(tài)檢測(cè)，無法 反映病人血糖濃度的實(shí)時(shí)變化情況，達(dá)不到很好的輔助資料的效果，比如定期的取指血 試驗(yàn)經(jīng)常不能探測(cè)到所有的低血糖事件和高血糖事件，特別是夜間的低血糖經(jīng)常是測(cè)不 到的。為了實(shí)現(xiàn)血糖濃度的動(dòng)態(tài)、連續(xù)檢測(cè)，人們嘗試了多種方法，例如體外光學(xué)檢測(cè)的 無創(chuàng)方法、直接測(cè)量皮下葡萄糖濃度的植入式方法和透皮抽取檢測(cè)組織液中葡萄糖濃度 的微創(chuàng)方法。由于無創(chuàng)方法的檢測(cè)精度有限和可靠性較低等缺點(diǎn)， 一直未能實(shí)現(xiàn)臨床應(yīng) 用，尚處于研究階段。植入式方法并非為日常應(yīng)用而設(shè)計(jì)，它需要經(jīng)過訓(xùn)練的人員將葡 萄糖傳感器植入皮下，因此無法方便的操作和實(shí)現(xiàn)家用。組織液中的葡萄糖水平與.血糖 水平有高相關(guān)性，為透皮抽取檢測(cè)組織液中葡萄糖濃度的微創(chuàng)方法提供了檢測(cè)依據(jù)。鑒 于微創(chuàng)方法一方面可以減輕患者進(jìn)行血糖檢測(cè)的痛苦，減弱感染的危險(xiǎn)，另一方面可以 實(shí)現(xiàn)血糖濃度的動(dòng)態(tài)、連續(xù)檢測(cè)，微創(chuàng)方法近年來倍受關(guān)注。鑒于微創(chuàng)血糖檢測(cè)方法透皮抽取組織液樣品受到皮膚低通透性的限制，人們提出了 多種提高分子透皮傳輸?shù)姆椒?，包括用化學(xué)藥品改變皮膚結(jié)構(gòu)、利用電場(chǎng)方法和利用超 聲方法等。無論采用哪種方法來提高皮膚通透性，增大了的皮膚通透性在組織液抽取過 程中都不能保持不變。通過一定的抽取方法在一定的抽取時(shí)間內(nèi)所獲得的組織液體積是由皮膚通透性決定的，而且組織液樣品中所含有的葡萄糖量是與組織液樣品的體積直接 相關(guān)的，這就導(dǎo)致組織液樣品中的葡萄糖量不僅隨血糖濃度變化，而且隨皮膚通透性變 化?，F(xiàn)有的微創(chuàng)血糖檢測(cè)方法均是在假設(shè)皮膚通透性穩(wěn)定不變的前提下建立的血糖預(yù)測(cè) 模型，導(dǎo)致血糖預(yù)測(cè)精度要受到皮膚通透性變化的影響。雖然目前有多種提高皮膚通透性的方法，但是為了保證既不會(huì)對(duì)人體造成不可恢復(fù) 性損傷，又能實(shí)現(xiàn)血糖的實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)連續(xù)檢測(cè)，那么每次抽取過程所能獲得的組織液體積 量都是非常小的。發(fā)明內(nèi)容本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是，針對(duì)皮膚通透性變化對(duì)血糖預(yù)測(cè)精度的影響，提供 一種利用組織液抽取過程中實(shí)時(shí)檢測(cè)的皮膚阻抗/電阻定量所抽出的組織液體積，并修正 血糖預(yù)測(cè)模型，提高預(yù)測(cè)精度的人體血糖濃度的微創(chuàng)、動(dòng)態(tài)、連續(xù)檢測(cè)方法。本發(fā)明所要解決的另一技術(shù)問題是，針對(duì)每次抽取過程所能獲得的組織液體積量非 常小的問題，提供一種采用緩沖液稀釋組織液，利用高靈敏度的表面等離子共振蛋白質(zhì) 綁定測(cè)量技術(shù)檢測(cè)組織液中葡萄糖濃度的人體血糖濃度的微創(chuàng)、動(dòng)態(tài)、連續(xù)檢測(cè)方法。本發(fā)明所采用的技術(shù)方案是 一種人體血糖濃度的微創(chuàng)、動(dòng)態(tài)、連續(xù)檢測(cè)方法，包 括以下步驟(1) 利用低頻超聲對(duì)皮膚進(jìn)行預(yù)處理，提高皮膚的通透性；(2) 將真空負(fù)壓作用在低頻超聲預(yù)處理過的皮膚上，透皮抽取人體組織液；(3) 在透皮抽取組織液的過程中，檢測(cè)皮膚阻抗/電阻；(4) 利用表面等離子共振蛋白質(zhì)綁定測(cè)量方法，測(cè)量抽取出人體組織液中的葡萄糖濃度；(5) 利用皮膚阻抗/電阻定量所抽出的組織液體積，建立組織液中葡萄糖濃度與血 液中葡萄糖濃度相關(guān)性的預(yù)測(cè)模型；(6) 根據(jù)步驟(3)測(cè)出的皮膚阻抗/電阻，步驟(4)測(cè)出的人體組織液中的葡萄 糖濃度和步驟(5)建立的預(yù)測(cè)模型，獲得人體血糖濃度。步驟(3)中所述的檢測(cè)皮膚阻抗/電阻是通過恒壓激勵(lì)、檢測(cè)電流的方式實(shí)現(xiàn)。 步驟(3)中所述的檢測(cè)皮膚阻抗/電阻是通過恒流激勵(lì)、檢測(cè)電壓的方式實(shí)現(xiàn)。 步驟(3)中所述的檢測(cè)皮膚阻抗/電阻是在組織液抽取之前和之后進(jìn)行，以前后兩次測(cè)量得到的皮膚阻抗/電阻的平均值作為該次組織液抽取過程所對(duì)應(yīng)的皮膚阻抗/電阻值。步驟(3)中所述的檢測(cè)皮膚阻抗/電阻是在組織液抽取過程中等時(shí)間間隔的進(jìn)行， 以每次組織液抽取過程中所有時(shí)間點(diǎn)的皮膚阻抗/電阻的平均值作為該次組織液抽取過 程所對(duì)應(yīng)的皮膚阻抗/電阻值。步驟(4)中所述的利用表面等離子共振蛋白質(zhì)綁定測(cè)量方法，測(cè)量抽取出人體組織液中的葡萄糖濃度，包括以下步驟-(1) 采用多通道微差分測(cè)量方法，將其中一個(gè)通道通入背景溶液，通過多通道同時(shí) 測(cè)量并差分消除環(huán)境因素對(duì)測(cè)量精度的影響；(2) 利用大腸桿菌GGBP蛋白質(zhì)綁定測(cè)量方法測(cè)量已知濃度的葡萄糖溶液，建立相應(yīng)的折射率數(shù)學(xué)模型；(3) 通過測(cè)量通入待測(cè)組織液后的折射率變化，并結(jié)合相應(yīng)的折射率數(shù)學(xué)模型，實(shí) 現(xiàn)組織液中葡萄糖濃度的測(cè)量和分析。步驟(2)中所述的大腸桿菌GGBP蛋白質(zhì)是釆用生物技術(shù)合成，具體合成步驟如下(1) 對(duì)大腸桿菌GGBP蛋白編碼基因mglB進(jìn)行定點(diǎn)突變，在E149C位點(diǎn)進(jìn)行單點(diǎn)突變；(2) 構(gòu)建過量表達(dá)大腸桿菌野生型GGBP蛋白和突變型GGBP蛋白的基因工程菌株；(3) 在搖瓶上對(duì)工程菌株進(jìn)行發(fā)酵，使GGBP蛋白能夠高水平的穩(wěn)定表達(dá)；(4) 對(duì)發(fā)酵產(chǎn)物進(jìn)行GGBP蛋白的分離純化，使目標(biāo)蛋白的純度達(dá)到95%以上。 在執(zhí)行步驟(5)的過程中，利用皮膚對(duì)葡萄糖的滲透系數(shù)與皮膚阻抗/電阻的相關(guān)性，通過皮膚阻抗/電阻對(duì)所抽出的組織液體積進(jìn)行定量。在執(zhí)行步驟(5)的過程中，將皮膚阻抗/電阻引入組織液中葡萄糖濃度與血液中葡 萄糖濃度相關(guān)性的預(yù)測(cè)模型，利用真空負(fù)壓組織液抽取過程實(shí)時(shí)測(cè)得的皮膚阻抗/電阻、 組織液葡萄糖濃度和血糖濃度建立血糖預(yù)測(cè)模型。本發(fā)明的人體血糖濃度的微創(chuàng)、動(dòng)態(tài)、連續(xù)檢測(cè)方法，具有如下特點(diǎn)1、 克服了目前有創(chuàng)血糖檢測(cè)方法容易給病人帶來痛苦并可能造成感染的缺點(diǎn)，以及 無創(chuàng)和微創(chuàng)血糖檢測(cè)方法測(cè)量結(jié)果不可靠的不足，可以實(shí)現(xiàn)人體血糖濃度的微創(chuàng)、動(dòng)態(tài)、 連續(xù)檢測(cè)，具有良好的臨床應(yīng)用前景；2、 本發(fā)明通過低頻超聲和真空負(fù)壓透皮抽取組織液的方法是一種微創(chuàng)、無痛且具有 較大組織液流量的技術(shù)。低頻超聲處理過程很短，并且不會(huì)引起感染，在低頻超聲處理 后皮膚的高通透性能夠保持十幾個(gè)小時(shí)，這期間內(nèi)每隔io分鐘或者更短的時(shí)間便可以通 過真空負(fù)壓快速抽取一次組織液，為血糖濃度的動(dòng)態(tài)、連續(xù)檢測(cè)奠定了基礎(chǔ)；3、 本發(fā)明采用表面等離子共振蛋白質(zhì)綁定測(cè)量技術(shù)測(cè)量組織液中的葡萄糖濃度，具 有測(cè)量分辨率和測(cè)量精度非常高、測(cè)量結(jié)果可靠性好、所需待測(cè)組織液量非常小和測(cè)量 速度非?？斓葍?yōu)點(diǎn)；4、 本發(fā)明利用在組織液抽取過程中測(cè)量得到的皮膚阻抗/電阻對(duì)所抽出的組織液體 積進(jìn)行定量，并修正血糖預(yù)測(cè)模型，提高預(yù)測(cè)精度。


圖1是基于低頻超聲和表面等離子共振的人體血糖濃度微創(chuàng)檢測(cè)系統(tǒng)的示意框圖； 圖2是低頻超聲處理裝置結(jié)構(gòu)示意圖；圖3是真空負(fù)壓組織液抽取裝置結(jié)構(gòu)示意圖；圖4是蛋白質(zhì)綁定方法測(cè)葡萄糖濃度時(shí)表面等離子共振傳感器金膜表面的示意圖。其中1:超聲發(fā)生器2:超聲探頭3:參考電極4:超聲耦合腔5:耦合劑6:緩沖液7:真空腔8:真空泵9:收集器10:微通道11:緩沖液和組織液的混合液12:測(cè)量電極13:參考電極14:校正電極15:表面等離子共振傳感器16:金膜17:自組裝分子層18: GGBP蛋白質(zhì)19:葡萄糖20:皮膚21:表皮層 、22:真皮層a、 b、 C:微閥A:超聲發(fā)生器B:超聲探頭C:液晶顯示D:控制電路E:真空泵F:真空腔G: SPRH:廢液池L:試劑具體實(shí)施方式
本發(fā)明的人體血糖濃度的微創(chuàng)、動(dòng)態(tài)、連續(xù)檢測(cè)方法，是在申請(qǐng)?zhí)枮?00810052117. 9 的專利申請(qǐng)所公開的微流量液體綜合處理系統(tǒng)上實(shí)現(xiàn)的。首先采用低頻超聲對(duì)皮膚進(jìn)行 預(yù)處理，通過低頻超聲的空化作用破壞皮膚角質(zhì)層中的脂質(zhì)雙層結(jié)構(gòu)，增大皮膚的通透 性，然后用真空負(fù)壓的方法從皮膚中快速抽取組織液，并在組織液抽取過程中檢測(cè)皮膚 阻抗/電阻，接著將抽取出的組織液通過微通道輸送到表面等離子共振測(cè)量系統(tǒng)，采用表 面等離子共振蛋白質(zhì)綁定測(cè)量技術(shù)，測(cè)量人體組織液中的葡萄糖濃度，最后利用組織液 抽取過程中檢測(cè)得到的皮膚阻抗/電阻定量所抽出的組織液體積，并將其引入組織液中葡 萄糖濃度與血液中葡萄糖濃度的相關(guān)性預(yù)測(cè)模型，實(shí)現(xiàn)人體血糖濃度的動(dòng)態(tài)、連續(xù)、實(shí) 時(shí)和高精度檢測(cè)。 '圖1是根據(jù)本發(fā)明的方法建立的基于低頻超聲和表面等離子共振的人體血糖濃度微 創(chuàng)檢測(cè)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)示意框圖；圖2是低頻超聲處理裝置結(jié)構(gòu)示意圖；圖3是真空負(fù)壓組 織液抽取裝置結(jié)構(gòu)示意圖；圖4是蛋白質(zhì)綁定方法測(cè)葡萄糖濃度時(shí)表面等離子共振傳感 器金膜表面結(jié)構(gòu)示意圖。下面結(jié)合附圖和實(shí)施例對(duì)本發(fā)明的人體血糖濃度的微創(chuàng)、動(dòng)態(tài)、 連續(xù)檢測(cè)方法做出詳細(xì)說明。本發(fā)明的人體血糖濃度的微創(chuàng)、動(dòng)態(tài)、連續(xù)檢測(cè)方法，包括以下步驟(一) 利用低頻超聲對(duì)皮膚進(jìn)行預(yù)處理，提高皮膚的通透性；(二) 將真空負(fù)壓作用在低頻超聲預(yù)處理過的皮膚上，透皮抽取人體組織液； 結(jié)合圖2、圖3所示，上述兩步中的基于低頻超聲和真空負(fù)壓的組織液抽取步驟具體包括有(1) 對(duì)組織液抽取部位的皮膚進(jìn)行清洗和消毒；(2) 向超聲耦合腔4內(nèi)注入耦合劑5，超聲發(fā)生器1輸出超聲信號(hào)，開始對(duì)皮膚進(jìn) 行低頻超聲處理；(3) 在低頻超聲處理的同時(shí)，采用超聲探頭2和參考電極3組成的兩電極系統(tǒng)測(cè)量 超聲處理部位處的皮膚阻抗值(皮膚阻抗值反映了皮膚通透性的情況)，在阻抗值達(dá)到 設(shè)定值之后，停止低頻超聲處理，并移走低頻超聲處理裝置；(4) 在低頻超聲預(yù)處理過的皮膚上固定真空腔7，向真空腔7內(nèi)注入磷酸鹽緩沖液 6，連接并打開真空泵8，控制產(chǎn)生穩(wěn)定的真空負(fù)壓，進(jìn)行組織液抽??；(5) 采用微管道10收集真空腔7內(nèi)緩沖液和組織液的混合液11，并輸送到表面等 離子共振測(cè)量裝置，供表面等離子共振測(cè)量裝置測(cè)量其中的葡萄糖濃度。(三) 在透皮抽取組織液的過程中，檢測(cè)皮膚阻抗/電阻；所述的檢測(cè)皮膚阻抗/電 阻可以通過恒壓激勵(lì)、檢測(cè)電流的方式實(shí)現(xiàn)，或通過恒流激勵(lì)、檢測(cè)電壓的方式實(shí)現(xiàn)。而且，所述的檢測(cè)皮膚阻抗/電阻是在組織液抽取之前和之后進(jìn)行，以前后兩次測(cè)量 得到的皮膚阻抗/電阻的平均值作為該次組織液抽取過程所對(duì)應(yīng)的皮膚阻抗/電阻值。或者，所述的檢測(cè)皮膚阻抗/電阻還可以是在組織液抽取過程中等時(shí)間間隔的進(jìn)行， 以每次組織液抽取過程中所有時(shí)間點(diǎn)的皮膚阻抗/電阻的平均值作為該次組織液抽取過 程所對(duì)應(yīng)的皮膚阻抗/電阻值。測(cè)量皮膚阻抗/電阻用的電極系統(tǒng)由測(cè)量電極、參考電極和校正電極組成。測(cè)量電極 12固定在真空腔7內(nèi)，通過緩沖液和組織液的混合液11向低頻超聲處理后的皮膚傳遞電 信號(hào)。在保證測(cè)量電極12既不影響真空負(fù)壓組織液抽取，又能與緩沖液和組織液的混合 液11充分接觸的前提下，測(cè)量電極12可以采用多種形狀結(jié)構(gòu)固定在真空腔8內(nèi)，如圖1 中所示的圓柱環(huán)形電極12和圖3中所示的圓盤式電極12。參考電極13和校正電極14 固定在低頻超聲處理后的皮膚位置附近。測(cè)量電極12和參考電極13用于測(cè)量低頻超聲 處理后的皮膚阻抗/電阻在組織液抽取過程中的實(shí)時(shí)值，校正電極14與測(cè)量電極12和參 考電極13結(jié)合用于扣除參考電極13和校正電極14下皮膚阻抗/電阻變化的干擾。將組 織液抽取之前和之后測(cè)量得到的皮膚阻抗/電阻的平均值或者在組織液抽取過程中等時(shí) 間間隔測(cè)量得到的多個(gè)皮膚阻抗/電阻的平均值作為每次組織液抽取過程對(duì)應(yīng)的皮膚阻 抗/電阻值。本發(fā)明在組織液抽取過程中測(cè)量皮膚阻抗/電阻的步驟包括 (1)恒壓源/恒流源向測(cè)量電極12和參考電極13提供電信號(hào)；(2) 測(cè)量通過電極的電流/電壓；(3) 恒壓源/恒流源向校正電極14和參考電極13提供電信號(hào)；(4) 測(cè)量通過電極的電流/電壓；(5) 恒壓源/恒流源向校正電極14和測(cè)量電極12提供電信號(hào)；(6) 測(cè)量通過電極的電流/電壓；(7) 計(jì)算皮膚阻抗/電阻，扣除參考電極13和校正電極14下皮膚阻抗/電阻變化的 干擾；重復(fù)步驟(1)到(7)，計(jì)算多次皮膚阻抗/電阻的平均值。 (四)利用表面等離子共振蛋白質(zhì)綁定測(cè)量方法，測(cè)量抽取出人體組織液中的葡萄 糖濃度；本發(fā)明是采用表面等離子共振大腸桿菌GGBP (D-galactose/D-glucose Binding Protein; gp: D-半乳糖/D-葡萄糖結(jié)合蛋白)蛋白綁定測(cè)量技術(shù)對(duì)組織液中的葡萄糖濃 度進(jìn)行測(cè)量。這種方法利用GGBP蛋白質(zhì)對(duì)葡萄糖的特異性吸附能力，排他性的只對(duì)葡萄 糖這種物質(zhì)的濃度進(jìn)行測(cè)量。由于采用了與葡萄糖分子有選擇性吸附的蛋白質(zhì)作為向心 配合體，有效的增強(qiáng)了表面等離子共振傳感器金膜表面物質(zhì)的質(zhì)量，使測(cè)量結(jié)果可靠性 更高，測(cè)量分辨率和測(cè)量精度更高。本發(fā)明是在避光條件下，利用表面等離子共振測(cè)量 葡萄糖濃度，包括以下步驟(1) 采用多通道微差分測(cè)量方法，將其中一個(gè)通道通入背景溶液，通過多通道同時(shí) 測(cè)量并差分消除環(huán)境因素對(duì)測(cè)量精度的影響；(2) 利用大腸桿菌GGBP蛋白質(zhì)綁定測(cè)量方法測(cè)量已知濃度的葡萄糖溶液，建立相應(yīng)的折射率數(shù)學(xué)模型，此步驟具體是(a) 利用大腸桿菌GGBP蛋白質(zhì)綁定測(cè)量方法測(cè)量己知濃度的葡萄糖溶液1，獲得 葡萄糖溶液1對(duì)應(yīng)的折射率；(b) 利用大腸桿菌GGBP蛋白質(zhì)綁定測(cè)量方法測(cè)量己知濃度的葡萄糖溶液2，獲得 葡萄糖溶液2對(duì)應(yīng)的折射率；(c) 利用步驟(a)和(b)中葡萄糖溶液的濃度值和對(duì)應(yīng)的折射率值建立折射率數(shù) 學(xué)模型；(3) 通過測(cè)量通入待測(cè)組織液后的折射率變化，并結(jié)合相應(yīng)的折射率數(shù)學(xué)模型，實(shí) 現(xiàn)組織液中葡萄糖濃度的測(cè)量和分析。在表面等離子共振傳感器表面綁定大腸桿菌GGBP蛋白質(zhì)，實(shí)現(xiàn)如圖4所示的結(jié)構(gòu)的 步驟如下(1) 對(duì)表面等離子共振傳感器15的金膜16表面進(jìn)行活化，通過Au—S鍵形成自 組裝分子層17;(2) 在自組裝分子層17上通過胺耦合等耦合方式，將大腸桿菌GGBP蛋白質(zhì)18固 定于表面活化處理后的表面等離子共振傳感器金膜16表面，使表面等離子共振傳感器通過GGBP蛋白質(zhì)18與葡萄糖19分子特異性結(jié)合。在上述的步驟中，所使用的大腸桿菌GGBP蛋白質(zhì)是采用生物技術(shù)合成，具體合成步 驟如下(a) 對(duì)大腸桿菌GGBP蛋白編碼基因mglB進(jìn)行定點(diǎn)突變，在E149C位點(diǎn)進(jìn)行單點(diǎn)突變；(b) 構(gòu)建過量表達(dá)大腸桿菌野生型GGBP蛋白和突變型GGBP蛋白的基因工程菌株；(c) 在搖瓶上對(duì)工程菌株進(jìn)行發(fā)酵，使GGB^蛋白能夠高水平的穩(wěn)定表達(dá)；(d) 對(duì)發(fā)酵產(chǎn)物進(jìn)行GGBP蛋白的分離純化，使目標(biāo)蛋白的純度達(dá)到95%以上。 表面等離子共振傳感器綁定單點(diǎn)突變的GGBP蛋白質(zhì)后，具有很高的葡萄糖濃度檢測(cè)靈敏度，能夠檢測(cè)經(jīng)過緩沖液稀釋的組織液中葡萄糖的濃度。(五)利用皮膚阻抗/電阻定量所抽出的組織液體積，建立組織液中葡萄糖濃度與血 液中葡萄糖濃度相關(guān)性的預(yù)測(cè)模型；在執(zhí)行步驟(五)的過程中，需要利用皮膚對(duì)葡萄糖的滲透系數(shù)與皮膚阻抗/電阻的 相關(guān)性，通過皮膚阻抗/電阻對(duì)所抽出的組織液體積進(jìn)行定量；在執(zhí)行步驟(五)的過程中，還需要將皮膚阻抗/電阻引入組織液中葡萄糖濃度與血 液中葡萄糖濃度相關(guān)性的預(yù)測(cè)模型，利用真空負(fù)壓組織液抽取過程實(shí)時(shí)測(cè)得的皮膚阻抗/ 電阻、組織液葡萄糖濃度和血糖濃度建立血糖預(yù)測(cè)模型。雖然組織液中的葡萄糖濃度與血糖中的葡萄糖濃度具有高度的相關(guān)性，但作為糖尿 病臨床判斷標(biāo)準(zhǔn)的還是血糖濃度值，因此建立通過組織液中的葡萄糖濃度準(zhǔn)確地預(yù)測(cè)血 糖濃度的數(shù)學(xué)模型是本發(fā)明的關(guān)鍵步驟和關(guān)鍵技術(shù)之一 。本發(fā)明中采用兩點(diǎn)校正模型根據(jù)真空負(fù)壓組織液抽取過程中實(shí)時(shí)測(cè)得的皮膚阻抗/ 電阻、組織液葡萄糖濃度對(duì)血糖濃度進(jìn)行預(yù)測(cè)假設(shè)本發(fā)明中的人體血糖濃度微創(chuàng)、動(dòng) 態(tài)、連續(xù)檢測(cè)方法采用的真空負(fù)壓抽取時(shí)間為"，低頻超聲處理即真空負(fù)壓抽取的皮膚 面積為A每次真空負(fù)壓抽取前向真空腔內(nèi)注入磷酸鹽緩沖液的體積為K，在真空負(fù)壓組 織液抽取過程中測(cè)量得到的皮膚阻抗/電阻為及，(i=l， 2， 3，……)，表面等離子共振 系統(tǒng)測(cè)量得到的緩沖液和組織液的混合液的葡萄糖濃度為CS, (i=l， 2， 3，……)，第 1次和第2次組織液抽取時(shí)采用臨床方法測(cè)量得到的血糖濃度分別為C5,和CA 。皮膚對(duì) 葡萄糖的滲透系數(shù)f，即單位時(shí)間內(nèi)通過單位皮膚面積的含葡萄糖的組織液體積與皮膚 電導(dǎo)系數(shù)。成正比例關(guān)系，可以用下式表示f=C,,+C2 (1) 其中，C,和q是模型中要確定的常數(shù)系數(shù)，皮膚電導(dǎo)系數(shù)r,.可以由皮膚阻抗/電阻通過下式計(jì)算得到采用真空負(fù)壓所抽出的組織液的體積v,可以用下式表示聯(lián)立(1) 、 (2)和(3)式，得到組織液體積與皮膚阻抗/電阻的關(guān)系式為尺爿<formula>formula see original document page 11</formula>(3)<formula>formula see original document page 11</formula>(4)由式(4)看到，通過測(cè)量皮膚阻抗/電阻可以實(shí)現(xiàn)組織液體積的定量。本發(fā)明在血糖穩(wěn)定的狀態(tài)下(空腹或者餐后2小時(shí))開始測(cè)量，并在血糖穩(wěn)定期內(nèi) 測(cè)量得到兩點(diǎn)血糖濃度C^和C^。在血糖穩(wěn)定時(shí)，組織液葡萄糖濃度與血糖濃度近似相同，而且采用真空負(fù)壓所抽出的葡萄糖量應(yīng)該等于真空腔內(nèi)的葡萄糖量，于是得到下列 關(guān)系式-<formula>formula see original document page 11</formula>(5) <formula>formula see original document page 11</formula>(6)<formula>formula see original document page 11</formula>(7)<formula>formula see original document page 11</formula>(8)乂因?yàn)镃5p C52、 C&、 GS2、 i p i 2、 A" K和力都是已知量，所以聯(lián)立(5) 、 (6)、 (7)和(8)式，可以解出常數(shù)系數(shù)C,和q。將C,和q代入組織液葡萄糖濃度與血糖 濃度的相關(guān)性預(yù)測(cè)模型<formula>formula see original document page 11</formula>(9)就可以實(shí)現(xiàn)血糖濃度的高精度預(yù)測(cè)了 。(六)根據(jù)步驟(三)測(cè)出的皮膚阻抗/電阻，步驟(四)測(cè)出的人體組織液中的葡 萄糖濃度和步驟(五)建立的預(yù)測(cè)模型，獲得人體血糖濃度。本發(fā)明公開和揭示的所有組合和方法可以通過借鑒本文公開內(nèi)容產(chǎn)生，盡管本發(fā)明 的組合和方法已通過詳細(xì)實(shí)施過程進(jìn)行了描述，但是本領(lǐng)域技術(shù)人員明顯能在不脫離本 發(fā)明內(nèi)容、精神和范圍內(nèi)對(duì)本文所述的方法和裝置進(jìn)行拼接或改動(dòng)，或增減某些部件， 更具體地說，所有相類似的替換和改動(dòng)對(duì)本領(lǐng)域技術(shù)人員來說是顯而易見的，他們都被 視為包括在本發(fā)明精神、范圍和內(nèi)容之中。1權(quán)利要求
1.一種人體血糖濃度的微創(chuàng)、動(dòng)態(tài)、連續(xù)檢測(cè)方法，其特征在于，包括以下步驟(1)利用低頻超聲對(duì)皮膚進(jìn)行預(yù)處理，提高皮膚的通透性；(2)將真空負(fù)壓作用在低頻超聲預(yù)處理過的皮膚上，透皮抽取人體組織液；(3)在透皮抽取組織液的過程中，檢測(cè)皮膚阻抗/電阻；(4)利用表面等離子共振蛋白質(zhì)綁定測(cè)量方法，測(cè)量抽取出人體組織液中的葡萄糖濃度；(5)利用皮膚阻抗/電阻定量所抽出的組織液體積，建立組織液中葡萄糖濃度與血液中葡萄糖濃度相關(guān)性的預(yù)測(cè)模型；(6)根據(jù)步驟(3)測(cè)出的皮膚阻抗/電阻，步驟(4)測(cè)出的人體組織液中的葡萄糖濃度和步驟(5)建立的預(yù)測(cè)模型，獲得人體血糖濃度。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的人體血糖濃度的微創(chuàng)、動(dòng)態(tài)、連續(xù)檢測(cè)方法，其特征在于， 步驟(3)中所述的檢測(cè)皮膚阻抗/電阻是通過恒壓激勵(lì)、檢測(cè)電流的方式實(shí)現(xiàn)。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的人體血糖濃度的微創(chuàng)、動(dòng)態(tài)、連續(xù)檢測(cè)方法，其特征在于， 步驟(3)中所述的檢測(cè)皮膚阻抗/電阻是通過恒流激勵(lì)、檢測(cè)電壓的方式實(shí)現(xiàn)。
4. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的人體血糖濃度的微創(chuàng)、動(dòng)態(tài)、連續(xù)檢測(cè)方法，其特征在于， 步驟(3)中所述的檢測(cè)皮膚阻抗/電阻是在組織液抽取之前和之后進(jìn)行，以前后兩次測(cè) 量得到的皮膚阻抗/電阻的平均值作為該次組織液抽取過程所對(duì)應(yīng)的皮膚阻抗/電阻值。
5. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的人體血糖濃度的微創(chuàng)、動(dòng)態(tài)、連續(xù)檢測(cè)方法，其特征在于， 步驟(3)中所述的檢測(cè)皮膚阻抗/電阻是在組織液抽取過程中等時(shí)間間隔的進(jìn)行，以每 次組織液抽取過程中所有時(shí)間點(diǎn)的皮膚阻抗/電阻的平均值作為該次組織液抽取過程所 對(duì)應(yīng)的皮膚阻抗/電阻值。
6. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的人體血糖濃度的微創(chuàng)、動(dòng)態(tài)、連續(xù)檢測(cè)方法，其特征在于， 步驟(4)中所述的利用表面等離子共振蛋白質(zhì)綁定測(cè)量方法，測(cè)量抽取出人體組織液中 的葡萄糖濃度，包括以下步驟(1) 采用多通道微差分測(cè)量方法，將其中一個(gè)通道通入背景溶液，通過多通道同時(shí) 測(cè)量并差分消除環(huán)境因素對(duì)測(cè)量精度的影響；(2) 利用大腸桿菌GGBP蛋白質(zhì)綁定測(cè)量方法測(cè)量已知濃度的葡萄糖溶液，建立相應(yīng)的折射率數(shù)學(xué)模型；(3) 通過測(cè)量通入待測(cè)組織液后的折射率變化，并結(jié)合相應(yīng)的折射率數(shù)學(xué)模型，實(shí) 現(xiàn)組織液中葡萄糖濃度的測(cè)量和分析。
7. 根據(jù)權(quán)利要求6所述的人體血糖濃度的微創(chuàng)、動(dòng)態(tài)、連續(xù)檢測(cè)方法，其特征在于， 步驟(2)中所述的大腸桿菌GGBP蛋白質(zhì)是采用生物技術(shù)合成，具體合成步驟如下(1)對(duì)大腸桿菌GGBP蛋白編碼基因mglB進(jìn)行定點(diǎn)突變，在E149C位點(diǎn)進(jìn)行單點(diǎn)突變；(2) 構(gòu)建過量表達(dá)大腸桿菌野生型GGBP蛍白和哭變型GGBP蚩臼的基因工程菌株；(3) 在搖瓶上對(duì)工程菌株進(jìn)行發(fā)酵，使GGBP蛋白能夠高水平的穩(wěn)定表達(dá)；(4) 對(duì)發(fā)酵產(chǎn)物進(jìn)行GGBP蛋白的分離純化，使目標(biāo)蛋白的純度達(dá)到95%以上。
8. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的人體血糖濃度的微創(chuàng)、動(dòng)態(tài)、連續(xù)檢測(cè)方法，其特征在于， 在執(zhí)行步驟(5)的過程中，利用皮膚對(duì)葡萄糖的滲透系數(shù)與皮膚阻抗/電阻的相關(guān)性， 通過皮膚阻抗/電阻對(duì)所抽出的組織液體積進(jìn)行定量。
9. 根據(jù)權(quán)利要求l所述的人體血糖濃度的微創(chuàng)、動(dòng)態(tài)、連續(xù)檢測(cè)方法，其特征在于， 在執(zhí)行步驟(5)的過程中，將皮膚阻抗/電阻引入組織液中葡萄糖濃度與血液中葡萄糖 濃度相關(guān)性的預(yù)測(cè)模型，利用真空負(fù)壓組織液抽取過程實(shí)時(shí)測(cè)得的皮膚阻抗/電阻、組織 液葡萄糖濃度和血糖濃度建立血糖預(yù)測(cè)模型。
全文摘要
一種人體血糖濃度的微創(chuàng)、動(dòng)態(tài)、連續(xù)檢測(cè)方法，包括1.利用低頻超聲對(duì)皮膚進(jìn)行預(yù)處理；2.將真空負(fù)壓作用在低頻超聲預(yù)處理過的皮膚上，抽取人體組織液；3.在透皮抽取組織液的過程中，檢測(cè)皮膚阻抗/電阻；4.測(cè)量抽取出人體組織液中的葡萄糖濃度；5.利用皮膚阻抗/電阻定量所抽出的組織液體積，建立組織液中葡萄糖濃度與血液中葡萄糖濃度相關(guān)性的預(yù)測(cè)模型；6.根據(jù)步驟3測(cè)出的皮膚阻抗/電阻，步驟4測(cè)出的人體組織液中的葡萄糖濃度和步驟5建立的預(yù)測(cè)模型，獲得人體血糖濃度。本發(fā)明可以實(shí)現(xiàn)人體血糖濃度的微創(chuàng)、動(dòng)態(tài)、連續(xù)檢測(cè)，具有測(cè)量分辨率和測(cè)量精度非常高、測(cè)量結(jié)果可靠性好、所需待測(cè)組織液量非常小和測(cè)量速度非?？斓葍?yōu)點(diǎn)。
文檔編號(hào)A61B5/145GK101214152SQ20081005213
公開日2008年7月9日 申請(qǐng)日期2008年1月22日 優(yōu)先權(quán)日2008年1月22日
發(fā)明者于海霞, 徐可欣, 杜振輝, 栗大超 申請(qǐng)人:天津市先石光學(xué)技術(shù)有限公司