北京大學(xué)科技成果

北京大學(xué)科技成果一一高靈敏、低成本糖尿病無創(chuàng)檢測(cè)系統(tǒng)成果簡(jiǎn)介糖尿病是一種中老年人常見的內(nèi)分泌代謝疾病，作為一種慢性代謝性疾病，世界范圍內(nèi)至少有2億糖尿病罹患人群。由于目前還沒有有效的治療方法，因此定期的檢查顯得非常的重要。其中呼氣檢測(cè)作為一種無創(chuàng)檢測(cè)方法正受到越來越多人的青睞。本系統(tǒng)所采用的光學(xué)微環(huán)傳感器，能夠特異性的識(shí)別呼氣的丙酮分子，通過對(duì)其含量的分析進(jìn)而反映出人體血糖含量的變化。本實(shí)驗(yàn)室對(duì)光學(xué)微環(huán)生物傳感器及其探測(cè)系統(tǒng)的建設(shè)和改善進(jìn)行了多年的研究，為糖尿病檢測(cè)系統(tǒng)的建立和完善積累了豐富的經(jīng)驗(yàn)，已經(jīng)通過初步實(shí)驗(yàn)證明了該系統(tǒng)的有效性及可靠性。應(yīng)用范圍本系統(tǒng)通過對(duì)人體呼氣中丙酮含量的檢測(cè)和分析，來實(shí)時(shí)反映人體血糖的含量，達(dá)到提前預(yù)防和保護(hù)病患的目的。市場(chǎng)上現(xiàn)有的羅氏、強(qiáng)生、三諾等幾家國(guó)內(nèi)外知名企業(yè)的血糖檢測(cè)儀，屬于微創(chuàng)血糖檢測(cè)儀，需采集患者很少的血液樣本（約0.6叫）才能反映出患者體內(nèi)血糖濃度。而目前還沒有基于呼氣丙酮探測(cè)的無創(chuàng)糖尿病檢測(cè)系統(tǒng)出現(xiàn)。技術(shù)特點(diǎn)微納生物傳感器是當(dāng)前國(guó)際上的一項(xiàng)研究熱點(diǎn)，而高靈敏、低成本糖尿病無創(chuàng)檢測(cè)系統(tǒng)具有如下技術(shù)特點(diǎn)：1、利用光學(xué)生物傳感器的光學(xué)諧振增強(qiáng)效應(yīng)，大幅度提高傳感器的靈敏度。2、 采用半導(dǎo)體芯片制備技術(shù)研制出傳感器實(shí)驗(yàn)原型，實(shí)現(xiàn)批量制作及低成本。3、 將傳感器芯片與光學(xué)測(cè)試平臺(tái)結(jié)合，實(shí)現(xiàn)高靈敏的生物傳感系統(tǒng)。4、 對(duì)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，通過呼氣分析實(shí)現(xiàn)糖尿病的探測(cè)。技術(shù)指標(biāo)1、 微環(huán)傳感器的品質(zhì)因數(shù)〉20000。2、 微環(huán)傳感器的探測(cè)靈敏度高于10-4RIU（折射率單元）。3、 微環(huán)傳感器對(duì)丙自同的探測(cè)精度高于0.1ppm。技術(shù)水平本小組分別以氮化硅/二氧化硅、硅/二氧化硅為波導(dǎo)芯包層材料制備了微環(huán)傳感器，品質(zhì)因數(shù)為15000-25000。所制備的微環(huán)傳感器已初步用于生化檢測(cè)領(lǐng)域，其中對(duì)葡萄糖溶液濃度探測(cè)的靈敏度為1O-3-10-4RIU，對(duì)牛血清蛋白（BSA）溶液濃度的探測(cè)靈敏度為10-7-10-8MOL/L，對(duì)人抗體的探測(cè)靈敏度為10-8-10-9MOL/L。以上成果已申請(qǐng)部分專利，并發(fā)表于國(guó)內(nèi)外著名學(xué)術(shù)刊物及學(xué)術(shù)會(huì)議。因此，本小組已經(jīng)掌握了微環(huán)傳感器的核心技術(shù)，如何將此技術(shù)用在呼氣丙酮的探測(cè)上，是未來研究的重點(diǎn)。開發(fā)計(jì)劃進(jìn)度（1）采用光波導(dǎo)傳輸理論和時(shí)域有限差分方法對(duì)微環(huán)傳感器進(jìn)行設(shè)計(jì)及優(yōu)化。（2） 采用半導(dǎo)體芯片制備技術(shù)（薄膜沉積、光刻、刻蝕、退火等）對(duì)微環(huán)傳感器進(jìn)行制備，并利用退火再氧化工藝降低傳感器的側(cè)壁粗糙度，提高探測(cè)靈敏度。（3） 采用光波導(dǎo)器件測(cè)試平臺(tái)（包括：光源、偏振器、高精密調(diào)節(jié)架、耦合透鏡、光譜儀等）對(duì)微環(huán)傳感器的輸出光譜進(jìn)行探測(cè)。（4） 采用溶膠凝膠法將丙酮?dú)怏w敏感膜沉積于傳感器表面。（5） 利用傳感器的光譜響應(yīng)，分析待測(cè)呼氣中的丙酮濃度，得出響應(yīng)曲線。目前本項(xiàng)目已經(jīng)完成了原型系統(tǒng)的開發(fā)，正處在產(chǎn)品化階段。市場(chǎng)前景據(jù)KaloramaInformation發(fā)布的一項(xiàng)新研究報(bào)告《醫(yī)療與生物傳感器和傳感器系統(tǒng)：市場(chǎng)、應(yīng)用和全球競(jìng)爭(zhēng)》稱，2005年生物傳感器營(yíng)業(yè)收入達(dá)到29億美元，而醫(yī)療應(yīng)用占該銷售額的最大份額。然而，隨著生物防衛(wèi)和環(huán)境領(lǐng)域以及工業(yè)控制應(yīng)用的強(qiáng)勁增長(zhǎng)，生物傳感器成為進(jìn)行快速精確分析的首選方式，該市場(chǎng)正在開始轉(zhuǎn)移。生物傳感器市場(chǎng)將從2009年的67億2000萬美元擴(kuò)大到2016年的144億2000萬美元。而生物傳感器的引進(jìn)量和應(yīng)用數(shù)量也正在每年增加中。GlobalInformation代理美國(guó)市場(chǎng)調(diào)查公司所發(fā)行的報(bào)告書AnalyticalReviewofWorldBiosensorsMarket（全球生物感應(yīng)器市場(chǎng)分析）指出，生物傳感器現(xiàn)在有26種以上的用途。重點(diǎn)照護(hù)檢驗(yàn)（Point-of-Care，POC）市場(chǎng)占大多數(shù)的收益。然而考慮到新的用途研究有可能使新的生物傳感器開發(fā)產(chǎn)生變化，預(yù)測(cè)不久后的將來，生化防御(BioDefense)及在宅診斷的市場(chǎng)區(qū)塊將開始出現(xiàn)大幅成長(zhǎng)。該系統(tǒng)完成后推出的產(chǎn)品面向的是全世界范圍內(nèi)至少2億的糖尿病罹患人群，具有廣泛的客戶群體及廣闊的商業(yè)應(yīng)用前景。效益分析根據(jù)我們的研究表明，采用我們的技術(shù)手段，能夠有效的降低芯片的成本，進(jìn)而降低整個(gè)接收機(jī)總體成本。規(guī)模化生產(chǎn)后價(jià)格更