北京大学科技成果

北京大学科技成果一一高灵敏、低成本糖尿病无创检测系统成果简介糖尿病是一种中老年人常见的内分泌代谢疾病，作为一种慢性代谢性疾病，世界范围内至少有2亿糖尿病罹患人群。由于目前还没有有效的治疗方法，因此定期的检查显得非常的重要。其中呼气检测作为一种无创检测方法正受到越来越多人的青睐。本系统所采用的光学微环传感器，能够特异性的识别呼气的丙酮分子，通过对其含量的分析进而反映出人体血糖含量的变化。本实验室对光学微环生物传感器及其探测系统的建设和改善进行了多年的研究，为糖尿病检测系统的建立和完善积累了丰富的经验，已经通过初步实验证明了该系统的有效性及可靠性。应用范围本系统通过对人体呼气中丙酮含量的检测和分析，来实时反映人体血糖的含量，达到提前预防和保护病患的目的。市场上现有的罗氏、强生、三诺等几家国内外知名企业的血糖检测仪，属于微创血糖检测仪，需采集患者很少的血液样本（约0.6叫）才能反映出患者体内血糖浓度。而目前还没有基于呼气丙酮探测的无创糖尿病检测系统出现。技术特点微纳生物传感器是当前国际上的一项研究热点，而高灵敏、低成本糖尿病无创检测系统具有如下技术特点：1、利用光学生物传感器的光学谐振增强效应，大幅度提高传感器的灵敏度。2、 采用半导体芯片制备技术研制出传感器实验原型，实现批量制作及低成本。3、 将传感器芯片与光学测试平台结合，实现高灵敏的生物传感系统。4、 对聚甲基丙烯酸甲脂、聚偏氟乙烯、聚硅氧烷等丙酮敏感膜的研究，通过呼气分析实现糖尿病的探测。技术指标1、 微环传感器的品质因数〉20000。2、 微环传感器的探测灵敏度高于10-4RIU（折射率单元）。3、 微环传感器对丙自同的探测精度高于0.1ppm。技术水平本小组分别以氮化硅/二氧化硅、硅/二氧化硅为波导芯包层材料制备了微环传感器，品质因数为15000-25000。所制备的微环传感器已初步用于生化检测领域，其中对葡萄糖溶液浓度探测的灵敏度为1O-3-10-4RIU，对牛血清蛋白（BSA）溶液浓度的探测灵敏度为10-7-10-8MOL/L，对人抗体的探测灵敏度为10-8-10-9MOL/L。以上成果已申请部分专利，并发表于国内外著名学术刊物及学术会议。因此，本小组已经掌握了微环传感器的核心技术，如何将此技术用在呼气丙酮的探测上，是未来研究的重点。开发计划进度（1）采用光波导传输理论和时域有限差分方法对微环传感器进行设计及优化。（2） 采用半导体芯片制备技术（薄膜沉积、光刻、刻蚀、退火等）对微环传感器进行制备，并利用退火再氧化工艺降低传感器的侧壁粗糙度，提高探测灵敏度。（3） 采用光波导器件测试平台（包括：光源、偏振器、高精密调节架、耦合透镜、光谱仪等）对微环传感器的输出光谱进行探测。（4） 采用溶胶凝胶法将丙酮气体敏感膜沉积于传感器表面。（5） 利用传感器的光谱响应，分析待测呼气中的丙酮浓度，得出响应曲线。目前本项目已经完成了原型系统的开发，正处在产品化阶段。市场前景据KaloramaInformation发布的一项新研究报告《医疗与生物传感器和传感器系统：市场、应用和全球竞争》称，2005年生物传感器营业收入达到29亿美元，而医疗应用占该销售额的最大份额。然而，随着生物防卫和环境领域以及工业控制应用的强劲增长，生物传感器成为进行快速精确分析的首选方式，该市场正在开始转移。生物传感器市场将从2009年的67亿2000万美元扩大到2016年的144亿2000万美元。而生物传感器的引进量和应用数量也正在每年增加中。GlobalInformation代理美国市场调查公司所发行的报告书AnalyticalReviewofWorldBiosensorsMarket（全球生物感应器市场分析）指出，生物传感器现在有26种以上的用途。重点照护检验（Point-of-Care，POC）市场占大多数的收益。然而考虑到新的用途研究有可能使新的生物传感器开发产生变化，预测不久后的将来，生化防御(BioDefense)及在宅诊断的市场区块将开始出现大幅成长。该系统完成后推出的产品面向的是全世界范围内至少2亿的糖尿病罹患人群，具有广泛的客户群体及广阔的商业应用前景。效益分析根据我们的研究表明，采用我们的技术手段，能够有效的降低芯片的成本，进而降低整个接收机总体成本。规模化生产后价格更