王云丽

糖尿病是一种由于胰岛素缺乏引起的内分泌代谢紊乱，早期症状为失去对血糖浓度的控制能力，继而导致一系列的综合症（失明、肾衰等），甚至危及病人的生命。糖尿病是世界性的多发病和常见病，近些年其发病率呈明显上升趋势。我国发病率已达到2.5-3%，十分接近欧美发达国家的2-5%。现今，我国约有5000万病人，全世界约有两亿多病人，糖尿病已成为全球性的卫生保健问题，并严重地威胁着人类的健康，成为仅次于心血管病、癌症的第三大危险疾病。因而，糖尿病的诊断和治疗不仅是我国，也是全世界医学界面临的重大课题。长期研究工作已充分表明，如果葡萄糖浓度能够严格控制在正常生理范围内，那么糖尿病综合症就可以得到控制。因此，血糖监测在糖尿病管理中占很重要的地位。目前血糖监测主要依赖血糖仪来完成，因其操作简便、快捷、准确，深受广大患者及医护人员的喜爱和推崇。下面就从血糖仪的工作原理方面对其进行介绍。

图1. 生物传感器原理示意图。

血糖仪是葡萄糖生物传感器的其中一种应用。生物传感器是一种获取外界信息的装置和系统，是人类感官功能的弥补和延伸，它以生物活性物质作为敏感元件，在实现机理上更接近于生物体本身的感官系统，能够对所要检测的物质进行快速分析和追踪。生物传感器的工作原理如图1所示，从图中可知，生物传感器主要由两部分组成：产生信号的敏感组件和处理信号的辅助仪器。其中敏感组件是整个生物传感器的核心。敏感组件又包括两个部分：敏感元件和换能器。敏感元件是指对目标物进行选择性作用的生物活性单元，如具有选择特异性功能的酶、抗体、DNA、核酸、细胞受体和完整细胞等。换能器是指能捕捉敏感元件与目标物之间的作用过程，并将其表达为物理信号的组件，主要有电化学器件、光学器件、热敏器件、声波器件、压电器件等。根据换能器的不同，可以将血糖仪分为两大类：光电型和电极型。

图2. （A）血糖试纸和电极型血糖仪；（B）铁氰化钾/亚铁氰化钾导电介质氧化测定葡萄糖的原理。

图2A是一般的商品化电极型血糖仪的组成部分，包括血糖试纸和用作电化学读数计的血糖仪。血糖试纸即敏感元件，血糖仪集换能器与信号处理系统于一体。当血糖试纸插入血糖仪的插槽并加入血样后，以铁氰化钾/亚铁氰化钾为导电介质实施血糖的电化学测定时血糖试纸的电极上将发生如图2B中所示的反应。葡萄糖（Glucose）经葡萄糖氧化酶（GO/FAD）催化氧化成为葡萄糖内酯（d-Gluconolactone），同时葡萄糖氧化酶转化为其还原态（GO/FADH₂）。接着，葡萄糖内酯水解为葡萄糖酸（Gluconic Acid），还原态葡萄糖氧化酶将铁氰离子（[Fe(CN)₆]^3-）还原为亚铁氰离子（[Fe(CN)₆]^4-）。当血糖仪施加一定的电压后，亚铁氰离子（[Fe(CN)₆] ^4-）还原为铁氰离子（[Fe(CN)₆]^3-）,并产生电流，电流大小与葡萄糖浓度成正比，该线性关系由电流-葡萄糖浓度线性方程来描述：

电流=K[葡萄糖浓度]+B　

直线的斜率（K）和截距（B）是二者的相关系数。 K和B已经经过校准并存储在血糖仪内,每次测定血糖时产生的电流值就会被转换为血糖浓度值，并直接在血糖仪上显示。

纳米科技的兴起已经为电化学生物传感器的研究开辟了一片新的天地，纳米材料具有比表面积大、催化活性高、吸附能力强、生物相容性好等诸多优点，在传感器构建中具有多方面的作用，如加快响应速度、提高测量精确度和灵敏度等。纳米材料电极检测葡萄糖可以提升传感器响应电流等性能，如图3和图4所示。

图3. （A）金纳米线的扫描电镜图片；（B）葡萄糖响应电流-时间曲线：a-普通金电极，b-金纳米线电极。

图4. （A）铂纳米颗粒修饰单壁碳纳米管的透射电镜图片；（B）葡萄糖响应电流-浓度曲线：a-单壁碳纳米管电极，b-铂纳米颗粒修饰单壁碳纳米管电极。

目前国内外的血糖仪品牌主要有三诺、艾康、怡成、斯堪、新立、罗氏、强生、贝尔、雅培、英维利斯、美敦力等。 血糖仪检测血糖的原理不尽相同，检测方法也不同，只有了解了仪器工作的原理后，在选用时，才可以最大限度避免临床药物、病人体内成分、环境等因素的干扰，使得血糖检测的数据更加精准。 随着材料科学和微电子技术的发展，也必将带来血糖仪的进一步发展，如实现采血部位的改变、采血与测定一体化、无创伤测定等，以减少病人痛苦。