本发明涉及一种采用此方法的人体血糖浓度检测系统，属于人体生理参数检测技术领域。

糖尿病是中老年人的常见和多发病，随着人们生活水平的提高，糖尿病的发病率也日益 上升，世界卫生组织将它和肿瘤，心脑血管病一起列为世界范围内的三大难症，据世界卫生 组织估计，目前世界上约有糖尿病人1.7亿而中国就大约有糖尿病人3000万。到2025年将 增加到3亿人，糖尿病早已被列为亚洲前十位杀手之一，它的流行程度已超过感染性疾病的 威胁。积极预防和治疗糖尿病已迫在眉睫。
目前的糖尿病检测方法主要依靠的是有创测量，即通常需要从病人的手指处取血，然后 依靠化学的方法，测定病人血液中葡萄糖的浓度，有创方法在血糖检测过程中需要消耗品， 每次对病人进行血糖检测时都会对病人带来一定程度的伤害，给他们带来痛苦并有感染的危 险，且这种方法最大的缺点就是不能实现对于人体血糖浓度的动态检测，无法反映病人体内 血糖浓度的实时变化情况，达不到很好的辅助资料的效果，比如定期的取指血试验经常不能 探测到所有的低血糖事件和高血糖事件，特别是夜间的低血糖经常是测不到的。根据有创血 糖检测的这些问题，我们提出了使用微创检测的方法，对人体的血糖浓度动态实时的进行监 测。
能动态实时的监测血糖水平将是糖尿病治疗领域的巨大发展。由于组织液中的葡萄糖水 平与血糖水平有高相关性，故而测量组织液中的葡萄糖水平这一微创方法近年来倍受关注。 现有的商业化连续监测系统——Cygnus Gluco Watch和MiniMed CGMSTM等，不能提供精确 的或者每天的血糖监测，并且需要取指血试验以对传感器进行定期的标定。Gluco Watch的使 用很方便，但需要依靠反向离子电渗法采样皮肤中的组织液，而皮肤通透性的不稳定性和排 汗导致传感器读数的不精确性，而且用酶电极的方法进行检测，使用过程中需要耗材。 MiniMed CGMS"^提供了精确的传感器读数，但并非为日常应用而设计的，它需要经过训练 的人员将葡萄糖传感器植入皮下，因此无法方便的操作和实现家用。
除了以上商业化的产品外，人们还研究了其他大量微创或无创的血糖监测方法。例如微 创技术包括：用激光在皮肤上打小孔，并通过该孔抽取血液或者组织液；用小刀只割破表皮， 然后抽取少量组织液；去除角质层，接着用真空抽取组织液；用微型针阵列剌破角质层，并 抽取组织液；利用反向离子电渗原理抽取组织液；利用微透析法抽取组织液等。这些方法由 于装置复杂、操作困难、容易感染、受皮肤表面环境状况影响大等缺点一直都未能实现临床 应用。无创技术包括：近红外光谱法、中红外光谱法、拉曼光谱法和旋光测定法等一系列光 学方法。由于无创检测法的检测精度有限和可靠性较低等缺点，也一直未能实现临床应用， 尚处于研究阶段。发明内容
本发明的目的之一是针对人体血糖浓度有创、无创和微创检测现有技术的缺陷和不足， 提出一种无痛感、无感染风险和测量精度高的方法，实现人体血糖浓度的微创、动态和连续 检测。本发明的目的之二是基于该检测方法，提出一种具有临床应用前景的人体血糖浓度的 微创、动态、连续检测系统。
本发明人体血糖浓度微创、动态、连续检測方法的技术方案是：
(1) 利用低频超声对皮肤进行预处理，提高皮肤的通透性；
(2) 将稳定的真空负压作用在超声处理过的皮肤上，透皮快速抽取人体组织液；
(3) 利用表面等离子共振折射率直接测量方法或者利用大肠杆菌GBP蛋白质绑定间接测 量方法，澜量抽取出的人体组织液中的葡萄糖浓度；
(4) 建立组织液中葡萄糖浓度与血液中葡萄糖浓度相关性的预测模型。
(5) 根据步骤（3)测出的人体组织液中的葡萄糖浓度和步骤（4)建立的预测模型，获得 人体血糖浓度。
本发明的人体血糖浓度微创、动态、连续检测方法，在低频超声作用的同时，实时测量 皮肤阻抗值，并根据测量结果反饿控制低频超声作用过程。
本发明通过表面等离子共振折射率直接测量方法或者利用大肠杆菌GBP蛋白质绑定间 接测量方法测量组织液中的葡萄糖浓度，其具体步骤为：
(1) 采用多通邇微差分测量方法，将其中一个通道通入背录溶液，通过多通道同时測量并 差分消除环境因素对测量精度的影响；
(2) 利用表面等离子共振折射率直接测量方法或大肠杆菌GBP蛋白质绑定测量方法测量 已知浓度的葡萄糖溶液，建立相应的折射率数学模型；
(3) 通过渊量通入待测组织液后的折射率变化，并结合相应的折射率数学模型，实现组织 液中葡萄糖浓度的測量和分析。
本发明中在采用表面等离子共振折射率GBP蛋白质绑定方法测量葡萄糖浓度时，所使用 的大肠杆繭GBP蛋白，可采用如下的生物技术合成：
(1) 对大肠杆菌GBP蛋白编码基因mglB进行定点突变，突变的位点包括在E149位点单 独突变和在E149、 A213、 L238三个位点同时突变；
(2) 构建过量表达大肠杆菌野生型GBP蛋白和突变型GBP蛋白的基因工程菌株；
(3) 在摇瓶上对工程菌株进行发酵，使GBP蛋白能够高水平的稳定表达；
(4) 对发酵产物进行GBP蛋白的分离纯化，目标蛋白的纯度达到95%以上。 本发明在建立组织液中葡萄糖浓度与血液中葡萄糖浓度相关性的预测模型过程中，将皮
肤通透性稳定前的测量数据点和稳定后的异常测量数据点去除，并利用真空负压组织液抽取 过程实时测"的皮肤阻抗值对单点血糖预测模型进行修正，以进一步提高预測精度。
本发明在提出的人体血糖浓度微创、动态、连续检测方法的基础上，提出了一种人体血 糖浓度的微创、动态、连续检测系统，该系统包括： (1)低频超声处理装置，用于生成低频超声和测量皮肤阻抗值；(2) 真空负压组织液抽取装置，用于通过稳定的真空负压提取人体组织液；
(3) 表面等离子共振葡萄糖浓度测量装置，用于利用表面等离子共振折射率直接测量方法 或者利用大肠杆菌GBP蛋白质绑定间接测量方法，测量人体组织液的葡萄糖浓度；
(4) 控制电路，用于控制低频超声处理装置、真空负压组织液抽取装置和表面等离子共振 葡萄糖浓度测量装置协调工作，并根据所测得的组织液中的葡萄糖浓度以及组织液中 葡萄糖浓度与血液中葡萄糖糖浓度的相关性模型，预测人体血糖浓度。
本发明人体血糖浓度的微创、动态、连续检测系统，其中的低频超声处理装置包括超声
发生器6、低频超声探头7、超声耦合腔3和皮肤阻抗测量电极8:
(1) 超声发生器6:用于产生所需的低频超声驱动信号；
(2) 低频超声探头7:用于在超声发生器6的驱动下产生低频超声波；
(3) 超声耦合腔3:用于容纳超声作用过程中的耦合剂9，在所述超声耦合腔3上还设置有 耦合剂9的注入通道4和排出通道5;
(4) 皮肤阻抗测量电极8:用于测量皮肤阻抗值。
本发明人体血糖浓度的微创、动态、连续检测系统，其中的真空负压组织液抽取装置包
括真空泵12、真空腔ll、收集器13和微管道14: (】）真空泵12:用于产生组织液抽取过程中稳定的真空负压：
(2) 真空腔ll:用于为真空泵12提供一个密闭的真空负压作用空间；
(3) 收集器13:用于容纳抽取出的人体组织液15;
(4) 微管道14:用于连接真空泵12、真空腔11和收集器13。 本发明人体血糖浓度的微创、动态、连续检测系统，其中的表面等离子共振葡萄糖浓度
测量装置包括注射泵17、进样器16、切换阀18和SPR传感器19:
(1) 注射泵17:用于控制微量液体以均匀的流速输入SPR传感器19;
(2) 进样器16:用于容纳并向SPR传感器19输入微量液体；
(3) 切换阀18:用于测量过程中多个流体通道23、 24、 25的切换选择；
(4) 表面等离子体共振传感器19:用于测量组织液中的葡萄糖浓度。
本发明人体血糖浓度的微创、动态、连续检測系统，除了包括上述部件外，还包括泵、 阀和微通道元件，用于控制所述的低频超声处理装置、真空负压组织液抽取装置和表面等离 f共振葡萄糖浓度测量装置之间的流体输运。
本发明人体血糖浓度微创、动态、连续检测方法及检测系统的主要特点体现在-
1、 本发明克服了目前有创、无创和微创血糖检测方法和检測系统容易给病人带来创伤并
可能造成感染、渊量结果不可靠和操作过程复杂等缺点和不足，可实现人体血糖浓度的微创、 动态、连续检测，具有良好的临床应用前景；
2、 本发明通过低频超声和真空负压透皮抽取组织液的方法是一种微创、无痛且具有较大 组织液流量的技术。低频超声处理过程很短，并且不会引起感染，在低频超声处理后皮肤的 通透性能保持十几个小时，这期间内每隔10—20分钟便可通过真空泵快速抽取一次组织液， 为血糖浓度的动态、连续检测奠定了基础；
3、 本发明釆用表面等离子共振技术测量组织液中的葡萄糖浓度，具有测量分辨率和测量精度非常高、测董结果可靠性好、所需待测组织液量非常小、使用过程中不需要耗材或者仅 需要很少量的耗材和测量速度非常快等优点。
说明书附图
图h基于低频超声和表面等离子共振的人体血糖浓度微创检测系统结构框图；
图2:低频超声探头结构设计图；
图3:低频超声处理装置结构图；
图4:真空负压组织液抽取装置结构图；
图5:基于表面等离子共振的血糖动态测量装置结构图；
图6:蛋白质绑定方法测葡萄糖浓度时SPR传感器金膜表面结构图。

本发明首先采用低频超声对皮肤进行预处理，通过低频超声的空化作用破坏皮肤角质层 中的脂质双层结构，增大皮肤的通透性，然后用真空负压的方法从皮肤快速中抽取组织液， 最后将抽取出的组织液通过微通道输送到表面等离子共振测量系统，采用表面等离子共振折 射率直接测量技术或蛋白质绑定间接测量技术方法，测量人体组织液中的葡萄糖浓度，根据 组织液中葡萄糖浓度与血液中葡萄糖浓度的相关性预测模型，实现人体血糖浓度的动态、连 续和实时检测。图1为根据该方法建立的基于低频超声和表面等离子共振的人体血糖浓度微 创检测系统的结构框图。该方法及装置克服了现有有创、无创和微创血糖检测方法的不足， 具体很好的应用前景。下面根据各个附图和实施过程对本发明人体血糖浓度的微创、动态、 连续检测方法、检测系统和实验歩骤做进一步描述-
一、基于低頻超声和真空负压的人体组织液抽取方法、装置与步糖：
本发明通过低频超声的空化作用破坏皮肤角质层中的脂质双层结构，从而增大皮肤的通 透性为后续组织液的真空负压抽取提供良好的条件，组织液抽取时采用真空负压技术主要是 为了进一步，高组织液的抽取速度。
本发明中设计的低频超声探头7、低频超声处理装置和真空负压组织液抽取装置分别如 图2、图3和图4所示。本发明中的低频超声探头7由夹心式压电陶瓷超声换能器1和变幅 杆2两部分组成，如图2所示，设计中我们还在外壳上集成了耦合液的注入通道4、排出通 道5和超声耦合腔3 (通过螺纹固定在图2所示的超声探头7的最下端）等，实现了集成化 和小型化。图3的低频超声处理装置设计将低频超声探头7和皮肤阻抗测量电极8等集成在 了一起，实现了仪器装置的小型化和便携性，图4的真空负压组织液抽取装置通过真空泵12 获得真空负压，可以同时实现磷酸盐缓冲液10的注入（通过真空负压作用）和人体组织液的 抽取，在收集器13内获得缓冲液】0和组织液的混和液15。
本发明中基于低频超声和真空负压的组织液抽取步骤包括：
(1) 对组织液抽取部位的皮肤进行淸洗和消毒；
(2) 向超声賴合腔3内注入耦合剂9，开始低频超声处理；
(3) 在低频超声处理的同时，采用皮肤阻抗测量电极8测量超声处理部位处的皮肤阻抗值（皮肤阻抗值反映了皮肤通透性的情况），在皮肤阻抗值达到设定值之后，停止低频超声处 理，并移走低频超声处理装置；
(4) 在低频超声预处理过的皮肤上固定真空腔11，向真空腔11内注入磷酸盐缓冲液10， 连接并打开真空泵12，控制产生稳定的真空负压进行组织液抽取；
(5) 采用微管道14收集真空腔11内缓冲液10和组织液的混合液15，并输送到SPR测 量装置，供SPR測量装置测量其中的葡萄糖浓度。
二、基于表面等离子共振的葡萄糖浓度瀕量方法、装置与步驟：
本发明在表面等离子共振测量技术方面使用两种方法对组织液中的葡萄糖浓度进行测
量， 一种为直接測量法， 一种为使用大肠杆菌GBP蛋白绑定測量方法。直接測量法，就是 SPR传感器表面不经任何的修饰处理，对组织液利用表面等离子共振的原理进行折射率测量， 这种方法的优点是测量方便，步骤简单，需要的试样少，没有消耗品。而使用大肠杆菌GBP 蛋白绑定测瀵的方法主要是利用了这种蛋白质对于葡萄糖的特异性吸附能力，排他性的只对 葡萄糖这种物质的浓度进行测量，这种方法由于采用了与葡萄糖分子有选择性吸附的蛋白质， 有效的增强了金膜表面物质的质量，使测量结果的可靠性更好，测i分辨率和测量精度更高。
本发明设计的表面等离子共振葡萄糖浓度测量装置由微量注射泵17、六通道切换阀18、 微量进样器16、真空微泵21、表面等离子体共振传感器19等部分组成，如图5所示。整个 实验系统适用于单通道测量和多通道差分测量，通过微量注射泵17和微量进样器16 —起为 系统提供流速稳定和流量精确可控的样品输入，使用六通道切换阀18在不同样品间进行切 换，同时也避免输入样品切换时可能引入的空气的干扰，而真空微泵21被安置在了废液池 20端，通过其抽气作用平衡整个系统中的压力，进一步保证流速稳定和管道通畅。整个表面 等离子共振葡萄糖浓度测量装置由控制器22控制上述各功能模块协调动作。由于SPR传感 器19对空气和外界的杂散光都比较敏感，所以整个装置各部分都必须密封良好，管道中和样 品中的空气霈要预先予以去除，并且整个系统的測量部分需要放置在避光的环境中。
本发明中两种表面等离子共振测量葡萄糖浓度的步骤分别为：
1、直接澜量方法
在避光条件下的測量步骤包括：
(1) 对人体皮肤进行低频超声处理，从超声处理处理后的皮肤上采用真空负压技术抽取
组织液，并通过微通道输送到SPR系统中来；
(2) 在空气中初始化系统，获得SPR传感器19的背景光强以及暗电流；
(3) 在SRR系统中通入去离子水，获得折射率（1.333)稳定的渊量基准；
(4) 待通入去离子水溶液获得的折射率曲线趋于稳定后，通入缓冲液10，获得测量的背 景值，然后通入待测量的组织液；
(5) 通过观察折射率的改变值来相对的测量葡萄糖溶液的浓度；
(6) 再次通入去离子水溶液，去除系统的管堪中多余的组织液。 2、大"杆菌GBP蛋白质绑定測量方法
在避光条件下溯量步骤包括（组织液未被缓冲液IO稀释的情况下)： (1)对人体皮肤进行低频超声处理，从超声处理处理后的皮肤上采用真空负压技术抽取间接液，并通过微通道输送到SPR系统中来；
(2) 在空气中初始化系统，获得SPR传感器19的背景光强以及暗电流；
(3) 对SPR传感器19的金膜27表面进行活化，通过Au-S形成自组装分子层28;
(4) 在自组装分子层28上通过胺耦合等耦合方式，将大肠杆菌GBP蛋白质固定于表面 活化处理后的SPR传感器19金膜27表面；
(5) 通入经过待测组织液；
(6) 计算^l获取CCD采集到的信号，对信号进行曲线拟合，得到SPR角与葡萄糖浓度 之间的对应关系；
(7) 通入洗涤液，脱去蛋白质表面吸附的葡萄糖，使蛋白质表面再生；
(8) —个月左右的时间，传感器19表面的蛋白质层消耗殆尽，去除SPR传感器19表面 的吸附物质，保持表面清洁干燥。
三、 人体组织液中葡萄糖浓度与血液中葡菊糖浓度的相关性预賴模型 虽然组织液中的葡萄糖浓度与血糖中的葡萄糖浓度具有高度的相关性，但作为糖尿病临
床判断标准的还是血糖浓度值，因此建立通过组织液中的葡萄糖浓度准确地预測血糖浓度的 数学模型是本发明的关键步骤和关键技术之一。
本发明中采用修正的单点校正模型根据组织液中葡萄糖浓度的测量值对血糖浓度进行预
湖IJ-设皮肤对葡萄糖的渗透率为F,其中"为真空抽取时间，r为低频超声处理后 向腔体内注入的礴酸盐缓冲液的体积（因为在不向抽取腔内加确酸盐缓冲液而直接采用真空
负压抽取组织液的情况下存在以下问题：所抽出的组织液量非常少、出液点不集中以及出现 泡沫，这些问题导致所抽出组织液的收集非常困难。），X为低频超声处理即真空抽取的皮肤 面积，C// 0'-/, 2, 为测得的磷酸盐缓冲液和组织液的混合液中的葡萄糖的浓度，
C5/ 6'=/, 2, J, ..J为对应每次组织液抽取时采用便携式血糖仪测量出的血糖浓度参考值。
预测时首先计算^-C^/《，然后用/^和/^获得血糖预测值(75/=^>^，最后计算出血
糖浓度值和预测血糖浓度值的平均相对误差，作为对预测模型的评价手段。通过测量皮肤阻 抗在真空负库抽取组织液过程中的变化来实时跟踪皮肤渗透系数的变化，利用皮肤阻抗值对 血糖预测模型进行修正，进一步提高预测精度
四、 人体血糖浓度的微创、动态、连续检鲫系统
本发明在提出基于低频超声和表面等离子共振的人体血糖浓度微创检測方法的基础上， 提出了相应的集成检测系统，系统结构如图l所示。通过控制各微型阀的开启和关断，实现 测量中各种试剂溶液的流动传输，通过机械装置控制低频超声探头7向下运动进入真空腔U 接近皮肤表面，在超声发生器6的驱动下对皮肤进行低频超声处理，以增加皮肤的通透性， 然后通过机械装置控制低频超声探头7向上移动离开真空腔11恢复原位，之后通过真空泵 12的抽气口提供穂定的真空负压进行皮肤中的人体组织液抽取，最后通过控制微型阀并利用 真空泵12排气口的压力推动作用，将组织液传输到SPR传感器19进行检溯。控制电路对机 械装置、微型阀和SPR传感器19等部分进行自动控制，并包括测试数据的采集、处理和液晶显示等。用过的试剂和废样品等被存放到废液池20中，从而完成自动连续的人体血糖浓度 微创、动态、实时检测，该检测系统操作简单、自动化程度高。
五、人体血耱浓度微创、动态、连续检拥关鍵步骤的实验过程-
基于低频超声和真空负压的组织液透皮抽取、基于表面等离子共振折射率直接测悬方法
测量组织液中葡萄糖浓度以及基于大肠杆菌GBP蛋白质绑定方法测l:组织液中葡萄糖浓度 是本发明中的三个关键步骤，其具体的实验过程分别为-
1、低頻龌声和真空负压组织液透皮抽取技术的实验过程：
在组织液抽取过程中，将超声耦合腔3与皮肤紧密结合，使处理过程中液体不致泄露。 然后向超声耦合腔3内注入耦合剂9，耦合剂9为含1%十二烷基硫酸钠的磷酸盐缓冲液10，， 耦合剂9的作用一方面是降低超声作用过程的能量衰减， 一方面是通过十二烷基硫酸钠提高 皮肤的表面活性。接下来用0-30W/cn^的低频超声（20KHz-100KHz)以脉冲方式或者连续方 式对皮肤进行预处理，在预处理的同时测量皮肤的阻抗，当阻抗达到预定值时，停止预处理 过程。通过微通道排出耦合剂9，注入磷酸盐缓冲液IO冲洗皮肤并晾干。将真空腔11与皮 肤紧密结合，使处理过程中气体不致泄露，打幵真空泵12，控制稳定的真空负压抽取组织液， 并通过微通道将组织液输入到表面等离子共振葡萄糖浓度测量装置。
2、 表面等离子共探折射率直接瀕量方法獮量组织液中葡萄糖浓度的实验过程：
使用SPR直接測量组织液和缓冲液10的混合液15中葡萄糖浓度的方法，主要是通过测 量溶液的折射率来间接的推算出葡萄糖的浓度。由于组织液抽取出的i较少，在从人体提取 组织液的时候霜要借助缓沖液IO的帮助，从而人为的制造出组织液的大背景以方便提取，在 组织液和缓沖液10的混合液15中，不但含有葡萄糖，同时还含有其他的对于溶液的折射率 有影响的物质，在此溶液的折射率是溶液中各种物质的折射率的摩尔浓度的加权平均，在使 用直接測量混合液15的折射率这种方法的时候，需要精简排除溶液中对于折射率影响较小的 物质，或者排除那些在组织液中含量相对稳定的物质。利用缓冲液IO作为比较溶液来进行组 织液和缓冲液10混合液15的折射率测量，这是一种比较测量和相对测量，通过测量缓冲液 IO的折射率，以缓冲液10为基准，测量组织液与缓冲液10混合液15的折射率，从而排除 缓冲液10的干扰，再将组织液中的各种成分通过精简或者排除，得到一个简化了的模型，模 型由葡萄糖以及组织液中那些不能忽略和简化的物质组成，根据这些物质对于折射率的影响， 最终确定葡萄糖的摩尔浓度，这种方法可以适用于组织液在被稀释后其中的葡萄糖依然能够 被测出的情况，在我们现有系统的水平下，只要被稀释后的组织液中葡萄糖的浓度不低于 10mg/dl就能够被测出。
3、 大肠杆菌GBP蛋白质绑定方法測量组织液中葡萄糖浓度的实验过程： 实验装置如图5所示，其中第一、二、三流体通路（23—25)中分别放有三种不同的溶
液，其中第一流体通路23中的溶液为用于将大肠杆菌GBP蛋白质固定在SPR传感器19金 膜27表面的胺賴合溶液，第二流体通路24中的溶液为大肠杆菌GBP蛋白质溶液，第三流体 通路25中的溶液为待测的葡萄糖溶液，这个溶液是从超声作用后的皮肤通过真空负压抽取出 来的，第一、二、三流体通路（23—25)通过微量注射泵17分别通入六通道切换阀18，由 于使用的是六通道切换阀18，所以根据需要可以分别依次通入六种溶液，六通道切换阀18同一时刻只允许一路洧液通入样品池中，最后在表面等离子共振传感器19的表面形成，如图 6中的所示的双层结构，其中26为棱镜，27为金膜，28为自组装分于层，29为大肠杆菌GBP 蛋白质，30为葡萄糖分子，测量分为三个步骤进行，首先通入大肠杆菌GBP蛋白质，在金 膜27表面绑定该种蛋白质29，然后通入缓冲液IO,测量此时缓冲液10的SPR信号，得到 测量的背景信号。再在绑定蛋白质29存在的情况下通入葡萄糖溶液，测量葡萄糖溶液的SPR 信号，得到葡萄糖的SPR信号与缓冲液10的SPR信号间的差值，绘制该差值与葡萄糖溶液 浓度的对应关系，利用小波变换去除噪声干扰，利用高阶的多项式对曲线进行拟合，得到两 条平滑的近似正比关系的曲线。由于温度对于测量结果会有很强的影响，所以实验应该在恒 温状态下进行。
本发明公开和揭示的所有组合和方法可通过借鉴本文公开内容产生，尽管本发明的组合 和方法已通过详细实施过程进行了描述，但是本领域技术人员明显能在不脱离本发明内容、 精神和范围内对本文所述的方法和装置进行拼接或改动，或增减某些部件，更具体地说，所 有相类似的替换和改动对本领域技术人员来说是显而易见的，他们都被视为包括在本发明精 神、范围和内容之中。