“熒光”也能測血糖

隨著患病率逐年攀升，糖尿病在世界各地正成為日益嚴重的公共健康問題。但是，目前通常使用的血糖測量儀仍有諸多不便的地方。例如，血糖試紙需要在封閉干燥的環境下儲存，取出來后在5分鐘內用完，否則會因試紙受潮而影響測量準確性。與此同時，還需要刺手指取血，“測一次疼一次”也會讓不少人對血糖檢測望而卻步。

近日，中科院蘇州醫工所醫學檢驗室蛋白質組學中心研究員尹煥才、副研究員殷建團隊基于熒光共振能量轉移（FRET）效應，開發出熒光探針，并在此基礎上研制了一種新型血糖傳感器，實現了對血糖的高穩定性、高靈敏度檢測。

“非酶”的新方向

中科院蘇州醫工所博士生葛明昊表示，現在醫院里使用的檢測試劑盒、市面上熱銷的家用血糖儀大部分基于酶的電化學傳感器這個原理開發，“但是稍微一點溫度變化都會改變酶的性狀，同時血液的成分很復雜，現有的檢測方法很容易受到除血糖外其他成分的干擾。比如，血氧含量、血液酸堿值及服用藥物等多種因素的變化，都會影響到檢測的結果”。

所以，近年來，科學家們把目光投向了“非酶”的血糖檢測方法。而其中一個方向，就是用熒光探針制備出新型血糖傳感器。

FRET效應由德國物理化學家西奧多·福斯特提出，它利用了一種熒光物質發出的熒光，來激發另一種熒光物質，從而實現了熒光的“傳遞”。這個效應想要發生，就必須要求兩種熒光物質在空間距離上足夠接近，通常認為在1～10納米范圍內。

因此，FRET技術成為科研人員手中一把衡量分子間距離的“納米標尺”，進而可以間接實現對某些特定分子濃度的檢測。經過幾十年的研究發展，FRET 技術已經在免疫分析、核酸檢測、環境分析、藥物篩選等多個領域廣泛應用，是一種用于血液分子檢測的良好工具。

基于這一原理，殷建通過多次調研，選擇了血糖檢測這個切入點。“殷老師和我進行了幾次討論后確定了大體的研究思路，隨后我進行了一系列的前期預實驗，經過驗證我們發現這條路是可以走通的。”葛明昊說。

因此，課題組設計并合成了基于稀土元素銪（Eu）的穴狀配體螯合物作為熒光供體，并篩選與其相匹配的發色基團作為熒光受體。在此基礎上，構建了 ConA-Dex 探針，將FRET 技術中的熒光供體和熒光受體分別與之結合。

“當檢測樣品中存在葡萄糖時，這個探針就會解除 FRET 效應，通過供體熒光的升高幅度，就可以反映血糖濃度的高低。這是一個動態觀測的手段，很大程度上減輕了病人的痛苦。”尹煥才告訴《中國科學報》記者。

“玻尿酸”發揮大作用

在血糖傳感器研制過程中，葛明昊表示，含有稀有元素銪（Eu）的熒光分子從理論上看存在潛在的生物安全性問題的。為了解決這一難題，課題組嘗試使用一些生物相容性較好的材料來包裹FRET 熒光探針，但是確定合適的材料并不是一個容易的過程。

經歷了多次“失敗重來”，科研人員確定使用透明質酸水凝膠來包裹FRET熒光探針。其實，這個透明質酸就是美容護膚品中常用到的“玻尿酸”。

殷建說：“它具有極強的天然保水性能，同時它本質上是由兩個雙糖單位組成的大型多糖類，在人體中分布廣泛，是一種天然具有較高生物相容性的材料。我們把這個探針包裹在直徑約為70微米的透明質酸水凝膠微球中，這樣一來，就讓這個傳感器具有了無毒、高生物相容性的特性。”

與此同時，課題組利用了水凝膠材料交織的網狀結構，既能排除血液中大分子成分對檢測的干擾，又可以在一定程度上保證葡萄糖傳感器工作條件的穩定。在長時間連續檢測的驗證實驗中，該葡萄糖傳感器在進行檢測72小時后仍能夠保證檢測結果的一致性，表明其具有極佳的穩定性。

回顧這段“找不到合適材料差點不能畢業”的經歷，葛明昊說：“作研究是一件很不容易的事。當時有一段時間實驗中不管我怎么調整，就是沒有辦法檢測到預期的熒光信號的變化，確實非常郁悶。但是，尹老師和殷老師在科研方向和實驗設計上對我進行了很多幫助，正是在團隊鼓勵下，我對實驗中出現的問題不斷進行分析和嘗試，最終完成了實驗與課題。”

2021~2022年產品有望上市

不斷的實驗數據表明，這種新型血糖檢測傳感器實現了對血糖的高精度檢測，同時經過多重潛在干擾物的驗證，具有較高的抗干擾性和穩定性，血液樣本無須特殊處理即可實現穩定精確檢測。在與目前臨床使用的檢測方法對比后，結果顯示該新型傳感器能夠替代傳統方法。

“從2014年開始我們就在做相關工作，下一步課題組還會進一步優化血糖傳感器的熒光性能，開發相應儀器并優化配套試劑，爭取在2021~2022年推出相關產品。”尹煥才告訴記者。

為了實現對目前血糖傳感器的繼續開發，課題組還會嘗試進行動物體內的血糖連續監測。“這個方面難度比較大，預計可能會遇到比較多的問題，但我們也在逐步地克服。”葛明昊說。

在實際操作中，如何讓這個血糖傳感器工作起來呢？尹煥才表示，未來這款產品將可能“像打針一樣進入到人體中，我們前期做了很多細胞試驗，也對生物安全性作出嚴格檢測，一個月內產品性能都會很好”。

尹煥才告訴記者：“未來我們還會利用已經實現構建的FRET技術進行其他指標的檢測，下一步可以進行針對如腫瘤早期診斷相關分子探針的開發等工作，目前，我們已經取得了一定的進展。”