CN103558155B - 一种基于狭缝波导的非疾病诊断和治疗目的的血糖检测方法 - Google Patents

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Abstract

一种基于狭缝波导的非疾病诊断和治疗目的血糖检测方法，直波导与微环波导之间的环形狭缝区域为供待检测血液样本流过的检测通道，直波导材料的折射率比血液样本的折射率高，该方法包括以下步骤：1)利用血糖正常的血液样本进行标定测试，在环形狭缝区中通过血糖正常的血液样本，并在高折射率直波导中通光后，测试微环波导的谐振波长为标定波长；2)在环形狭缝区中通过待检测血液样本，并在高折射率直波导中通光后检测微环波导的当前谐振波长，如果当前谐振波长与标定波长相等，判定待检测血液样本的血糖浓度正常；如果谐振波长与标定波长不相等，判定待检测血液样本的血糖浓度异常。本发明在满足高检测效率和快速响应的同时，简化结构、减少尺寸、降低成本。

Description

一种基于狭缝波导的非疾病诊断和治疗目的的血糖检测方法
技术领域
本发明涉及血糖检测领域，尤其是一种血糖检测方法。
背景技术
现有的血糖检测技术中，常规血糖检测为有创检测，医疗就诊慢，效率低，智能化不高。
有人提出利用微波技术来实现血糖检测，例如专利号为200710200028.X，发明名称为：无创快速血糖检测仪的中国发明专利申请。利用微波技术来实现血糖检测，检测的快速性较好，存在的技术缺陷：整个检测设备的结构复杂、尺寸较大、响应较慢，且成本较高。
2004年，美国康奈尔大学Michal Lipson教授研究组首次提出了狭缝波导的概念(Almeida VR,Xu Q,Barrions CA et al..Guiding andconfining light in void nanostructure[J].Opt.Lett.,2004,29(11):1209～1211；Almeida VR,Xu Q,Barrions CA,等，纳米结构空隙中光的传导与限制，光学快报，2004，29(11):1209～1211)，并通过理论和实验证实了具有高折射率差的纳米量级光波导结构可将光场限制在低折射率的狭缝中传输。波导结构包括两侧的高折射率波导芯(典型如Si材料)和中间的低折射率狭缝介质区(比如空气，流体或SiO2等)，狭缝介质区宽度一般小于100nm，该波导结构显示出了与传统光波导不同的特性，即可将光能流限制在低折射率狭缝中。基于此特性可以设计各种应用于光通信和光传感的新型光学功能性器件，因而受到相关领域研究者的广泛关注。
发明内容
为了克服已有血糖检测技术的结构复杂、尺寸较大、成本较高的不足，本发明提供一种在满足高检测效率和快速响应的同时，简化结构、减少尺寸、降低成本的基于狭缝波导的血糖检测方法。
本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：
一种基于狭缝波导的血糖检测方法，实现该检测方法的检测组件包括一个直波导和一个微环波导构成，所述直波导与微环波导之间的环形狭缝区域是一条直线与一个圆弧围成的区域，直线与圆弧之间最短距离位于通过圆弧圆心与直线垂直的直线上，设定直线与圆弧之间的最短距离为50～80nm，所述环形狭缝区域为供待检测血液样本流过的检测通道，所述直波导材料的折射率比血液样本的折射率高，所述血糖检测方法包括以下步骤：
1)利用血糖正常的血液样本进行标定测试，在环形狭缝区域中通过所述血糖正常的血液样本，并在高折射率直波导中通光后，测试所述微环波导的谐振波长为标定波长；
2)在环形狭缝区域中通过待检测血液样本，并在高折射率直波导中通光后检测微环波导的当前谐振波长，如果当前谐振波长与所述标定波长相等，判定待检测血液样本的血糖浓度正常；如果谐振波长与所述标定波长不相等，判定待检测血液样本的血糖浓度异常。
进一步，所述步骤2)中，当谐振波长比所述标定波长大，判定待检测血液样本的血糖浓度低，当谐振波长比所述标定波长小，判定待检测血液样本的血糖浓度高。
再进一步，所述血糖检测方法还包括以下步骤：3)将检测结果通过网络上传到检测中心。
更进一步，所述直波导材料的折射率比血液样本的折射率高2.0以上。只要所述直波导材料的折射率比所述环形狭缝波导的折射率高即可，例如高1.0等其他数值；折射率相差越大，越有利于对光的约束，因此，波导的尺寸可以制作的很小，集成度更高。
所述直波导材料为硅材料。该方案只是一个优选的案例，硅和血液样本的折射率分别为3.48和1.46，波导区和血液样本的折射率差为2.02；当然，所述直波导材料也可以选用其他材料，例如氮化硅材料、砷化镓材料等。
本发明的技术构思为：检测对象为微创获取的血液样本，检测内容为血糖检测，血糖检测的基本传感单元为一根直波导和一个微环波导所构成的狭缝波导，血液样本的折射率会随着血糖的变化而发生变化，而折射率的变化会引起光通过直波导与微环之间的狭缝波导结构时的光程变化，并进而改变微环波导的谐振波长，通过检测谐振波长的变化可以检测血液样本的血糖浓度值。
本发明的有益效果主要表现在：1、狭缝波导中光场变化明显而且迅速，具有方便，高效的特点；2、本发明为微型芯片结构，具有集成度高、微创、安全的特点。
附图说明
图1是基于狭缝波导的血糖检测装置的示意图，其中，straightwaveguide：直波导，slot：狭缝，micro-ring：微环，cladding：包层。
图2是本发明实现检测数据的处理，数据传输途径以及用户之间数据共享的示意图，其中，Bus：总线波导。
具体实施方式
下面结合附图对本发明作进一步描述。
参照图1和图2，一种基于狭缝波导的血糖检测方法，实现该检测方法的检测组件包括一个直波导和一个微环波导构成，所述直波导与微环波导之间的环形狭缝区域是一条直线与一个圆弧围成的区域，直线与圆弧之间最短距离位于通过圆弧圆心与直线垂直的直线上，设定直线与圆弧之间的最短距离为50～80nm，所述环形狭缝区域为供待检测血液样本流过的检测通道，所述直波导材料的折射率比血液样本的折射率高，所述血糖检测方法包括以下步骤：
1)利用血糖正常的血液样本进行标定测试，在环形狭缝区域中通过所述血糖正常的血液样本，并在高折射率直波导中通光后，测试所述微环波导的谐振波长为标定波长；
2)在环形狭缝区域中通过待检测血液样本，并在高折射率直波导中通光后检测微环波导的当前谐振波长，如果当前谐振波长与所述标定波长相等，判定待检测血液样本的血糖浓度正常；如果谐振波长与所述标定波长不相等，判定待检测血液样本的血糖浓度异常。
进一步，所述步骤2)中，当谐振波长比所述标定波长大，判定待检测血液样本的血糖浓度低，当谐振波长比所述标定波长小，判定待检测血液样本的血糖浓度高。
再进一步，所述血糖检测方法还包括以下步骤：3)将检测结果通过网络上传到检测中心。
更进一步，所述直波导材料的折射率比血液样本的折射率高2.0以上。只要所述直波导材料的折射率比所述环形狭缝波导的折射率高即可，例如高1.0等其他数值；折射率相差越大，越有利于对光的约束，因此，波导的尺寸可以制作的很小，集成度更高。
所述直波导材料为硅材料。该方案只是一个优选的案例，硅和血液样本的折射率分别为3.48和1.46，波导区和血液样本的折射率差为2.02；当然，所述直波导材料也可以选用其他材料，例如氮化硅材料、砷化镓材料等。
本实施例的检测部分为血糖检测组件。血糖检测组件由一根直波导和一个微环波导构成，直波导与微环之间的狭缝区域是一条直线与一个圆弧围成的区域，直线与圆弧之间最短距离位于通过圆弧圆心与直线垂直的直线上，设定直线与圆弧之间的最短距离为50～80nm之间。检测部分结构如图1和图2所示。检测部分传感的物理量是微环波导中谐振波长的变化。
本实施例的基于狭缝波导的血糖检测装置是环形狭缝波导以及总线波导组成。所有的直波导区域材料均为硅，硅和血液样本的折射率分别为3.48和1.46，波导区和狭缝区折射率差为2.02。由于波导区和环形狭缝区的折射率差很大，有利于对光的约束，因此波导尺寸可以制作得很小，集成度更高。具体实施实例如下：
首先，需利用血糖正常的血液样本进行标定测试，狭缝区域最小尺寸为50nm，在狭缝中通过正常血液，并在高折射率直波导中通光后，测试微环的谐振波长作为标定波长。之后在狭缝中通入待检血液样本，并在高折射率直波导中通光后观察微环的谐振波长，如果谐振波长与标定波长相同，表明待检血液样本血糖浓度正常，如果谐振波长与标定波长不同，表明待检血液样本血糖浓度异常，如果谐振波长减小表明血糖浓度偏高，如果谐振波长增大表明血糖浓度偏低。
参见附图2，总线波导输出的信号通过光电转换模块转化为电信号，再通过信息上传模块，将转换成电信号的传感信息进行包封，通过PC机上传至互联网，与专用医疗机构进行快速信息交互。专用医疗机构之间使用光纤实现大带宽数据通信。

Claims (5)

1.一种基于狭缝波导的非疾病诊断和治疗目的的血糖检测方法，其特征在于：实现该检测方法的检测组件包括一个直波导和一个微环波导构成，所述直波导与微环波导之间的环形狭缝区域是一条直线与一个圆弧围成的区域，直线与圆弧之间最短距离位于通过圆弧圆心与直线垂直的直线上，设定直线与圆弧之间的最短距离为50~80nm，所述环形狭缝区域为供待检测血液样本流过的检测通道，所述直波导材料的折射率比血液样本的折射率高，所述血糖检测方法包括以下步骤：
1）利用血糖正常的血液样本进行标定测试，在环形狭缝区域中通过所述血糖正常的血液样本，并在高折射率直波导中通光后，测试所述微环波导的谐振波长为标定波长；
2）在环形狭缝区域中通过待检测血液样本，并在高折射率直波导中通光后检测微环波导的当前谐振波长，如果当前谐振波长与所述标定波长相等，判定待检测血液样本的血糖浓度正常；如果谐振波长与所述标定波长不相等，判定待检测血液样本的血糖浓度异常。
2.如权利要求1所述的基于狭缝波导的非疾病诊断和治疗目的的血糖检测方法，其特征在于：所述步骤2）中，当谐振波长比所述标定波长大，判定待检测血液样本的血糖浓度低，当谐振波长比所述标定波长小，判定待检测血液样本的血糖浓度高。
3.如权利要求1或2所述的基于狭缝波导的非疾病诊断和治疗目的的血糖检测方法，其特征在于：所述血糖检测方法还包括以下步骤：3）将检测结果通过网络上传到检测中心。
4.如权利要求1或2所述的基于狭缝波导的非疾病诊断和治疗目的的血糖检测方法，其特征在于：所述直波导材料的折射率比血液样本的折射率高2.0以上。
5.如权利要求1或2所述的基于狭缝波导的非疾病诊断和治疗目的的血糖检测方法，其特征在于：所述直波导材料为硅材料。
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