“荧光”也能测血糖

随着患病率逐年攀升，糖尿病在世界各地正成为日益严重的公共健康问题。但是，目前通常使用的血糖测量仪仍有诸多不便的地方。例如，血糖试纸需要在封闭干燥的环境下储存，取出来后在5分钟内用完，否则会因试纸受潮而影响测量准确性。与此同时，还需要刺手指取血，“测一次疼一次”也会让不少人对血糖检测望而却步。

近日，中科院苏州医工所医学检验室蛋白质组学中心研究员尹焕才、副研究员殷建团队基于荧光共振能量转移（FRET）效应，开发出荧光探针，并在此基础上研制了一种新型血糖传感器，实现了对血糖的高稳定性、高灵敏度检测。

“非酶”的新方向

中科院苏州医工所博士生葛明昊表示，现在医院里使用的检测试剂盒、市面上热销的家用血糖仪大部分基于酶的电化学传感器这个原理开发，“但是稍微一点温度变化都会改变酶的性状，同时血液的成分很复杂，现有的检测方法很容易受到除血糖外其他成分的干扰。比如，血氧含量、血液酸碱值及服用药物等多种因素的变化，都会影响到检测的结果”。

所以，近年来，科学家们把目光投向了“非酶”的血糖检测方法。而其中一个方向，就是用荧光探针制备出新型血糖传感器。

FRET效应由德国物理化学家西奥多·福斯特提出，它利用了一种荧光物质发出的荧光，来激发另一种荧光物质，从而实现了荧光的“传递”。这个效应想要发生，就必须要求两种荧光物质在空间距离上足够接近，通常认为在1～10纳米范围内。

因此，FRET技术成为科研人员手中一把衡量分子间距离的“纳米标尺”，进而可以间接实现对某些特定分子浓度的检测。经过几十年的研究发展，FRET 技术已经在免疫分析、核酸检测、环境分析、药物筛选等多个领域广泛应用，是一种用于血液分子检测的良好工具。

基于这一原理，殷建通过多次调研，选择了血糖检测这个切入点。“殷老师和我进行了几次讨论后确定了大体的研究思路，随后我进行了一系列的前期预实验，经过验证我们发现这条路是可以走通的。”葛明昊说。

因此，课题组设计并合成了基于稀土元素铕（Eu）的穴状配体螯合物作为荧光供体，并筛选与其相匹配的发色基团作为荧光受体。在此基础上，构建了 ConA-Dex 探针，将FRET 技术中的荧光供体和荧光受体分别与之结合。

“当检测样品中存在葡萄糖时，这个探针就会解除 FRET 效应，通过供体荧光的升高幅度，就可以反映血糖浓度的高低。这是一个动态观测的手段，很大程度上减轻了病人的痛苦。”尹焕才告诉《中国科学报》记者。

“玻尿酸”发挥大作用

在血糖传感器研制过程中，葛明昊表示，含有稀有元素铕（Eu）的荧光分子从理论上看存在潜在的生物安全性问题的。为了解决这一难题，课题组尝试使用一些生物相容性较好的材料来包裹FRET 荧光探针，但是确定合适的材料并不是一个容易的过程。

经历了多次“失败重来”，科研人员确定使用透明质酸水凝胶来包裹FRET荧光探针。其实，这个透明质酸就是美容护肤品中常用到的“玻尿酸”。

殷建说：“它具有极强的天然保水性能，同时它本质上是由两个双糖单位组成的大型多糖类，在人体中分布广泛，是一种天然具有较高生物相容性的材料。我们把这个探针包裹在直径约为70微米的透明质酸水凝胶微球中，这样一来，就让这个传感器具有了无毒、高生物相容性的特性。”

与此同时，课题组利用了水凝胶材料交织的网状结构，既能排除血液中大分子成分对检测的干扰，又可以在一定程度上保证葡萄糖传感器工作条件的稳定。在长时间连续检测的验证实验中，该葡萄糖传感器在进行检测72小时后仍能够保证检测结果的一致性，表明其具有极佳的稳定性。

回顾这段“找不到合适材料差点不能毕业”的经历，葛明昊说：“作研究是一件很不容易的事。当时有一段时间实验中不管我怎么调整，就是没有办法检测到预期的荧光信号的变化，确实非常郁闷。但是，尹老师和殷老师在科研方向和实验设计上对我进行了很多帮助，正是在团队鼓励下，我对实验中出现的问题不断进行分析和尝试，最终完成了实验与课题。”

2021~2022年产品有望上市

不断的实验数据表明，这种新型血糖检测传感器实现了对血糖的高精度检测，同时经过多重潜在干扰物的验证，具有较高的抗干扰性和稳定性，血液样本无须特殊处理即可实现稳定精确检测。在与目前临床使用的检测方法对比后，结果显示该新型传感器能够替代传统方法。

“从2014年开始我们就在做相关工作，下一步课题组还会进一步优化血糖传感器的荧光性能，开发相应仪器并优化配套试剂，争取在2021~2022年推出相关产品。”尹焕才告诉记者。

为了实现对目前血糖传感器的继续开发，课题组还会尝试进行动物体内的血糖连续监测。“这个方面难度比较大，预计可能会遇到比较多的问题，但我们也在逐步地克服。”葛明昊说。

在实际操作中，如何让这个血糖传感器工作起来呢？尹焕才表示，未来这款产品将可能“像打针一样进入到人体中，我们前期做了很多细胞试验，也对生物安全性作出严格检测，一个月内产品性能都会很好”。

尹焕才告诉记者：“未来我们还会利用已经实现构建的FRET技术进行其他指标的检测，下一步可以进行针对如肿瘤早期诊断相关分子探针的开发等工作，目前，我们已经取得了一定的进展。”