CN110760086B - 一种高分子凝胶柔性薄膜及基于该薄膜的汗液葡萄糖可视化检测方法 - Google Patents

一种高分子凝胶柔性薄膜及基于该薄膜的汗液葡萄糖可视化检测方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种高分子凝胶柔性薄膜及基于该薄膜的汗液葡萄糖可视化检测方法，高分子凝胶柔性薄膜的制作过程包括：制备多孔硅/碳量子点复合颗粒，再制备负载多孔硅/碳量子点复合颗粒的壳聚糖薄膜获得具有双色荧光性质的柔性薄膜；本发明利用生物无毒性的多孔硅/碳量子点复合材料的双色荧光特性，再利用葡萄糖氧化酶反应体系中颗粒荧光颜色对葡萄糖浓度的敏感性，将柔性的天然高分子凝胶作为载体，制作成可穿戴的汗液葡萄糖检测薄膜，利用材料的荧光颜色变化对汗液中葡萄糖水平进行持续监控，可测试长时间段内汗液葡萄糖的累积量，实现了高血糖的及时预警，避免了传统血糖测试中遗漏血糖峰值变化的风险，便于糖尿病患者的自我健康管理。

Description

一种高分子凝胶柔性薄膜及基于该薄膜的汗液葡萄糖可视化 检测方法
技术领域
本发明涉及医疗辅助检测领域，特别是一种高分子凝胶柔性薄膜及基于该薄膜的汗液葡萄糖可视化检测方法。
背景技术
糖尿病是继肿瘤、血管病变之后第三大严重威胁人类健康的慢性疾病，若糖尿病人血糖超出正常水平，会引发多种并发症，威胁患者的生命安全，因此为了避免高血糖的发生，频繁的血糖检测是糖尿病人日常生活中必不可少的过程。目前，多数商用血糖仪采用针刺法从指尖采取50μL的血样，血样由血糖仪上的一次性试纸条通过化吸作用吸入，通过葡萄糖电化学传感器测量血糖浓度，每次测得一个血糖值需要进行一次血样采集。该方法可实现对血糖的快速、准确检测，但该方法是有创的，重复采血具有感染的风险以及影响扰乱患者的日常生活，并且血糖仪只能提供瞬时血糖测试结果，容易遗漏血糖变化的峰值。
基于组织间液、汗液等体液中葡萄糖浓度与血糖浓度的线性关系，通过检测这些体液中葡萄糖浓度，则可以间接实现对血糖的无创检测，避免了频繁的指尖取血过程。目前最常用的葡萄糖传感器主要为电化学体系，但是电化学体系需要复杂的电路和信号转换体系，且无法实现可视化的传感效果，市场需要一种通过光学传感材料的发光信号直接实现对血糖水平的连续、可视化、持续监控，本发明解决这样的问题。
发明内容
为解决现有技术的不足，本发明的目的在于提供一种高分子凝胶柔性薄膜及基于该薄膜的汗液葡萄糖可视化检测方法，本发明利用光学传感材料的发光信号直接实现可视化的传感效果，通过与可穿戴的柔性器件的集成，实现对血糖水平的连续、可视化、持续监控。
为了实现上述目标，本发明采用如下的技术方案：
一种高分子凝胶柔性薄膜，制作过程包括：
制备多孔硅/碳量子点复合颗粒，
1)将具有红色荧光特性多孔硅颗粒分散至金属纳米颗粒溶液中，室温下震荡混合30-60分钟，离心、清洗后获得金属纳米颗粒修饰的多孔硅颗粒，
2)将尿素和柠檬酸钠混合后，在150-200℃高温下加热100-150分钟，加入水，获得具有蓝色荧光特性的碳量子点溶液，
3)将金属纳米颗粒修饰的多孔硅颗粒分散到碳量子点溶液中，混合震荡3-6小时，经过离心、清洗后获得多孔硅/碳量子点复合颗粒；
制备负载多孔硅/碳量子点复合颗粒的壳聚糖薄膜，
1)将葡萄糖氧化酶、交联剂加入壳聚糖溶液中得到壳聚糖混合溶液，
2)将多孔硅/碳量子点复合颗粒分散到壳聚糖混合溶液中，再将壳聚糖混合溶液均匀涂覆在聚氨酯薄膜表面，室温下放置3-6小时，待壳聚糖凝胶形成后，获得具有双色荧光性质的柔性薄膜。
前述的一种高分子凝胶柔性薄膜，制作过程还包括：对获得的多孔硅/碳量子点复合颗粒进行荧光性能测试；
具体过程包括：配制梯度葡萄糖浓度的模拟汗液溶液，将颗粒浸泡于各个模拟汗液溶液中，置于37℃水浴中反应，使用紫外光作为激发光源，使用荧光光谱仪记录颗粒的荧光光谱，颗粒的双色荧光动力学曲线随环境中不同的葡萄糖浓度显示出明显差异，反应6小时后观察颗粒荧光光谱碳硅双峰比值与葡萄糖浓度关系图，若比值随葡萄糖浓度的升高线性增加，则多孔硅/碳量子点复合颗粒的比率荧光性质可用于判断体系中葡萄糖的浓度。
前述的一种高分子凝胶柔性薄膜，制作过程还包括：对获得的具有双色荧光性质的柔性薄膜进行荧光性能测试：取多片薄膜分别贴于化妆棉表面，分别滴加具有梯度葡萄糖浓度的模拟汗液溶液，使用紫外光作为激发光源，隔段时间拍摄薄膜的荧光图像，观察薄膜荧光图像的R/B值随时间变化图，判断是否实现通过柔性薄膜荧光颜色对葡萄糖浓度的可视化辨别。
前述的一种高分子凝胶柔性薄膜，具有红色荧光特性多孔硅颗粒的制备过程为：将单晶硅片经表面洗涤预处理后经过电化学刻蚀、电化学剥离、弱氧化活化后得到具有红色荧光特性多孔硅颗粒；
多孔硅颗粒的电化学制备，
将P型掺硼硅片作为单晶硅片固定在电解池中，电解液为有机溶剂和氢氟酸，阳极为硅片，阴极为铂电极，进行电化学刻蚀，得到多孔硅层；降低氢氟酸的质量浓度进行电化学剥离，多孔硅薄膜脱离硅基底；将得到的多孔硅薄膜置于乙醇中超声处理，获得微米级多孔硅颗粒；
多孔硅颗粒的弱氧化活化，
将多孔硅颗粒浸泡于PBS缓冲液中，浸泡后离心、清洗，得到具有红色荧光的多孔硅颗粒。
前述的一种高分子凝胶柔性薄膜，尿素和柠檬酸钠的混合按照摩尔比为3-12:1混合。
前述的一种高分子凝胶柔性薄膜，葡萄糖氧化酶为质量浓度为1-3％的葡萄糖氧化酶溶液，溶剂为高分子水。
前述的一种高分子凝胶柔性薄膜，交联剂为体积浓度为0.1-0.3％的硅烷化偶联剂。
基于高分子凝胶柔性薄膜的汗液葡萄糖可视化检测方法，包括如下内容：
步骤一，制作高分子凝胶柔性薄膜，
制作过程包括：
制备多孔硅/碳量子点复合颗粒，
1)将具有红色荧光特性多孔硅颗粒分散至金属纳米颗粒溶液中，室温下震荡混合30-60分钟，离心、清洗后获得金属纳米颗粒修饰的多孔硅颗粒，
2)将尿素和柠檬酸钠混合后，在150-200℃高温下加热100-150分钟，加入水，获得具有蓝色荧光特性的碳量子点溶液，
3)将金属纳米颗粒修饰的多孔硅颗粒分散到碳量子点溶液中，混合震荡3-6小时，经过离心、清洗后获得多孔硅/碳量子点复合颗粒；
制备负载多孔硅/碳量子点复合颗粒的壳聚糖薄膜，
1)将葡萄糖氧化酶、交联剂加入壳聚糖溶液中得到壳聚糖混合溶液，
2)将多孔硅/碳量子点复合颗粒分散到壳聚糖混合溶液中，再将壳聚糖混合溶液均匀涂覆在聚氨酯薄膜表面，室温下放置3-6小时，待壳聚糖凝胶形成后，获得具有双色荧光性质的柔性薄膜；
步骤二，在黑暗环境中，用紫外灯照射拍摄具有双色荧光性质的柔性薄膜的荧光图像；
步骤三，在干净的待测者的后颈部位贴上具有双色荧光性质的柔性薄膜，待具有双色荧光性质的柔性薄膜接触皮肤表面汗液分子，于待测者睡眠过程中检测患者汗液葡萄糖水平；
步骤四，8-14小时后从测试者颈部取下薄膜，再次在黑暗环境下用紫外灯照射拍摄具有双色荧光性质的柔性薄膜的荧光图像，并与测试前图像进行颜色分析对比。
前述的基于高分子凝胶柔性薄膜的汗液葡萄糖可视化检测方法，将双色荧光性质的柔性薄膜的荧光图像与测试前图像进行颜色分析对比的方法包括如下内容：
1)将获得的荧光图像所有像素点的R值和B值数据导出，并计算R/B数值；
2)将每位测试者测试前后拍摄的薄膜荧光图像中所有像素点的R/B数值进行归一化，乘以225，将最大值颜色设为红色，最小值颜色设为蓝色，其他点根据R/B数值设为红蓝之间的相应颜色，获得颜色差异扩大的荧光图像；
3)计算每张图像的平均R/B数值，乘以225，将最大值颜色设为红色，最小值颜色设为蓝色，其他图像根据R/B数值设为相应的红蓝之间的颜色，获得颜色平均化的荧光图像；
4)将处于高血糖临界值的患者测试图像设置为标准色卡，将测试者测试后处理得到的图像颜色与标准色卡颜色进行对比，若图像颜色偏蓝则判定为高血糖，若图像颜色偏红则判定为血糖正常。
本发明的有益之处在于：
本发明的多孔硅颗粒、碳量子点及天然高分子材料，相比于其他量子点和荧光染料具有无毒、生物相容性好等特点；
本发明的双色荧光薄膜对监控葡萄糖所产生的荧光颜色变化肉眼可见，实现了可视化监控，无需复杂的信号传输设备，实用，方便；
本发明中的汗液葡萄糖检测方法，实现了对血糖水平的无创监控，与商用血糖仪相比避免了频繁的指尖取血过程，减轻了测试者伤口感染风险；
本发明利用生物无毒性的多孔硅/碳量子点复合材料的双色荧光特性，利用葡萄糖氧化酶反应体系中颗粒荧光颜色对葡萄糖浓度的敏感性，将柔性的天然高分子凝胶作为载体，制作成可穿戴的汗液葡萄糖检测薄膜，再利用材料的荧光颜色变化对汗液中葡萄糖水平进行持续监控，可测试长时间段内汗液葡萄糖的累积量，实现了高血糖的及时预警，避免了传统血糖测试中遗漏血糖峰值变化的风险，便于糖尿病患者的自我健康管理。
附图说明
图1是本发明对获得的多孔硅/碳量子点复合颗粒进行荧光性能测试时在梯度葡萄糖浓度下，多孔硅/碳量子点复合颗粒的荧光光谱中碳硅双峰比值随时间变化的示意图；
图2是本发明对多孔硅/碳量子点复合颗粒进行荧光性能测试时在反应6小时后，多孔硅/碳量子点复合颗粒的荧光光谱中碳硅双峰比值与葡萄糖浓度的关系图；
图3是本发明对具有双色荧光性质的柔性薄膜进行荧光性能测试是在梯度葡萄糖浓度下，负载多孔硅/碳量子点复合颗粒的壳聚糖凝胶薄膜的荧光图像R/B数值随时间变化的示意图；
图4是本发明将双色荧光性质的柔性薄膜的荧光图像与测试前图像进行颜色分析对比时反应12小时后，负载多孔硅/碳量子点复合颗粒的壳聚糖凝胶薄膜的荧光图像R/B数值与葡萄糖浓度关系的示意图；
图5是本发明使用商用血糖仪记录测试者早饭前的空腹血糖值和归一放大后的R/B值的关系示意图；
图6是本发明荧光图像的红色通道图像和蓝色通道图像随测试者血糖变化示意图。
具体实施方式
以下结合附图和具体实施例对本发明作具体的介绍。
一种高分子凝胶柔性薄膜，制作过程包括：制备多孔硅/碳量子点复合颗粒，再制备负载多孔硅/碳量子点复合颗粒的壳聚糖薄膜。
多孔硅/碳量子点复合颗粒的制备过程如下：
(1)将单晶硅片经表面洗涤预处理后经过电化学刻蚀、电化学剥离、弱氧化活化后得到具有红色荧光特性多孔硅颗粒；
多孔硅颗粒的电化学制备具体步骤为：将P型掺硼硅片固定在电解池中，按体积比为1:4的比例加入有机溶剂乙醇和质量浓度为40％的氢氟酸作为电解液，以硅片为阳极，铂电极为阴极，以电流密度为77mA·cm-1进行恒电流电解10min，得到多孔硅层；改变刻蚀液氢氟酸的质量浓度为3.3％继续刻蚀，刻蚀电流密度为22mA·cm-1，进行恒电流刻蚀，3min后多孔硅薄膜脱离硅基底；将得到的多孔硅薄膜置于乙醇中超声处理10min，获得微米级多孔硅颗粒。
多孔硅颗粒的弱氧化活化体步骤为：将多孔硅颗粒浸泡于pH为7.42的PBS缓冲液中，12小时后离心并用去离子水清洗，得到具有红色荧光的多孔硅颗粒。
需要说明的是用单晶硅片制作具有红色荧光特性多孔硅颗粒的方法在专利名称“一种多孔硅颗粒在伤口pH可视化监测中的应用”，授权公告号：CN 106245106 B，在此不再赘述。
(2)将多孔硅颗粒分散至金属纳米颗粒溶液中，室温下震荡混合30-60分钟，离心、清洗后获得金属纳米颗粒修饰的多孔硅颗粒；
(3)将尿素和柠檬酸钠按照摩尔比为3-12:1混合，在150-200℃高温下加热100-150分钟，加入适量去离子水，获得具有蓝色荧光特性的碳量子点溶液；
(4)将多孔硅颗粒分散到碳量子点溶液中，混合震荡3-6小时，经过离心、清洗后获得多孔硅/碳量子点复合颗粒；
(5)配制含有葡萄糖浓度为0,25,50,75,100μmol/L的模拟汗液溶液(3mg/mLNaCL、2％乳酸、2％尿素)，并加入浓度为100U的葡萄糖氧化酶；
(6)对获得的多孔硅/碳量子点复合颗粒进行荧光性能测试：将颗粒浸泡于上述不同葡萄糖浓度的模拟汗液溶液中，置于37℃水浴中反应，使用紫外光作为激发光源，使用荧光光谱仪记录颗粒的荧光光谱，光谱中碳硅双峰比值随着时间变化如图1所示，颗粒的双色荧光动力学曲线随环境中不同的葡萄糖浓度显示出明显差异，反应6小时后颗粒荧光光谱碳硅双峰比值与葡萄糖浓度关系如图2所示，其比值随葡萄糖浓度的升高线性增加，因此颗粒的比率荧光性质可用于判断体系中葡萄糖的浓度。
负载多孔硅/碳量子点复合颗粒的壳聚糖薄膜的制备过程如下：
(1)配制葡萄糖氧化酶含量为100-200U的壳聚糖水溶液，壳聚糖质量浓度为1-3％，并加入体积浓度为0.1-0.3％的γ-(2.3环氧丙氧)丙基三甲氧基硅烷作为交联剂；需要说明的是：γ-(2.3环氧丙氧)丙基三甲氧基硅烷选用为交联剂只是一种实施例，交联剂还包括：γ-(2,3-环氧丙氧基)丙基三甲氧基硅烷，1,2-二(三乙氧基甲硅烷基)乙烷，4,4’二(三乙氧基甲硅烷)-1,1’联苯，双[3-(三甲氧基甲硅烷基)丙基]胺。
(2)将多孔硅/碳量子点复合颗粒分散到壳聚糖溶液中，取50μL溶液均匀涂覆在尺寸为1cm×1cm的粘性的聚氨酯薄膜表面，室温下放置3-6小时，待壳聚糖凝胶形成后，获得具有双色荧光性质的柔性薄膜；
(3)对获得具有双色荧光性质的柔性薄膜进行荧光性能测试：取四片薄膜分别贴于四片化妆棉表面，分别滴加含葡萄糖浓度为0,0.1,1,10mmol/L的模拟汗液溶液，使用紫外光作为激发光源，每4小时拍摄薄膜的荧光图像，薄膜荧光颜色的变化肉眼可见，薄膜荧光图像的R/B值随时间变化如图2所示，其荧光颜色变化速率随葡萄糖浓度的升高显著加快，反应12小时后薄膜荧光图像的R/B值随葡萄糖浓度变化如图3所示，各个浓度的葡萄糖产生的荧光图像的R/B值差别明显，实现了通过柔性薄膜荧光颜色对葡萄糖浓度的可视化辨别。
基于高分子凝胶柔性薄膜的汗液葡萄糖可视化检测方法，测试过程如下：
(1)使用紫外光作为激发光源，在黑暗环境中拍摄薄膜测试前的荧光图像；
(2)在待测者的后颈部位先后用医用酒精和纯净水擦拭干净，后贴上具有双色荧光性质的柔性薄膜，使薄膜接触皮肤表面的汗液分子，于待测者睡眠过程中检测患者汗液葡萄糖水平；
(3)8-14小时后从测试者颈部取下贴膜，再次在紫外灯照射下于黑暗环境中拍摄薄膜的荧光图像，并与测试前图像进行颜色对比分析。将获得的荧光图像所有像素点的R值和B值数据导出，并计算R/B数值；将每位测试者测试前后拍摄的薄膜荧光图像中所有像素点的R/B数值进行归一化，乘以225，将最大值颜色设为红色，最小值颜色设为蓝色，其他点根据R/B数值设为红蓝之间的相应颜色，获得颜色差异扩大的荧光图像；计算每张图像的平均R/B数值，乘以225，将最大值颜色设为红色，最小值颜色设为蓝色，其他图像根据R/B数值设为相应的红蓝之间的颜色，获得颜色平均化的荧光图像。并使用商用血糖仪记录测试者早饭前的空腹血糖值，将荧光图像结果与血糖仪测试结果进行对比。荧光图像的处理得到的R/B值随测试者血糖变化情况如图4所示，空腹血糖值和归一放大后的R/B值的关系示意图如图5所示，荧光图像的红色通道图像和蓝色通道图像随测试者血糖变化情况如图6所示。薄膜荧光颜色随测试者血糖变化显示出明显差异，实现了通过柔性薄膜荧光颜色对汗液葡萄糖水平的可视化检测。
(4)将处于高血糖临界值(6mmol/L)的患者测试图像设置为标准色卡，与标准色卡颜色相比，高血糖患者的荧光图像颜色更加偏蓝，血糖正常者的荧光图像颜色更加偏红，因此通过柔性薄膜荧光颜色实现了对高血糖的实时预警。
本发明利用生物无毒性的多孔硅/碳量子点复合材料的双色荧光特性，利用葡萄糖氧化酶反应体系中颗粒荧光颜色对葡萄糖浓度的敏感性，将柔性的天然高分子凝胶作为载体，制作成可穿戴的汗液葡萄糖检测薄膜，利用材料的荧光颜色变化对汗液中葡萄糖水平进行持续监控，可测试长时间段内汗液葡萄糖的累积量，实现了高血糖的及时预警，避免了传统血糖测试中遗漏血糖峰值变化的风险，便于糖尿病患者的自我健康管理；双色荧光薄膜对监控葡萄糖所产生的荧光颜色变化肉眼可见，实现了可视化监控，无需复杂的信号传输设备，实用，方便；同时实现了对血糖水平的无创监控，与商用血糖仪相比避免了频繁的指尖取血过程，减轻了测试者伤口感染风险。
以上显示和描述了本发明的基本原理、主要特征和优点。本行业的技术人员应该了解，上述实施例不以任何形式限制本发明，凡采用等同替换或等效变换的方式所获得的技术方案，均落在本发明的保护范围内。

Claims (9)

1.一种高分子凝胶柔性薄膜，其特征在于，制作过程包括：
制备多孔硅/碳量子点复合颗粒，
1)将具有红色荧光特性多孔硅颗粒分散至金属纳米颗粒溶液中，室温下震荡混合30-60分钟，离心、清洗后获得金属纳米颗粒修饰的多孔硅颗粒，
2)将尿素和柠檬酸钠混合后，在150-200℃高温下加热100-150分钟，加入水，获得具有蓝色荧光特性的碳量子点溶液，
3)将金属纳米颗粒修饰的多孔硅颗粒分散到碳量子点溶液中，混合震荡3-6小时，经过离心、清洗后获得多孔硅/碳量子点复合颗粒；
制备负载多孔硅/碳量子点复合颗粒的壳聚糖薄膜，
1)将葡萄糖氧化酶、交联剂加入壳聚糖溶液中得到壳聚糖混合溶液，
2)将多孔硅/碳量子点复合颗粒分散到壳聚糖混合溶液中，再将壳聚糖混合溶液均匀涂覆在聚氨酯薄膜表面，室温下放置3-6小时，待壳聚糖凝胶形成后，获得具有双色荧光性质的柔性薄膜。
2.根据权利要求1所述的一种高分子凝胶柔性薄膜，其特征在于，制作过程还包括：对获得的多孔硅/碳量子点复合颗粒进行荧光性能测试；
具体过程包括：配制梯度葡萄糖浓度的模拟汗液溶液，将颗粒浸泡于各个模拟汗液溶液中，置于37℃水浴中反应，使用紫外光作为激发光源，使用荧光光谱仪记录颗粒的荧光光谱，颗粒的双色荧光动力学曲线随环境中不同的葡萄糖浓度显示出明显差异，反应6小时后观察颗粒荧光光谱碳硅双峰比值与葡萄糖浓度关系图，若比值随葡萄糖浓度的升高线性增加，则多孔硅/碳量子点复合颗粒的比率荧光性质可用于判断体系中葡萄糖的浓度。
3.根据权利要求1所述的一种高分子凝胶柔性薄膜，其特征在于，制作过程还包括：对获得的具有双色荧光性质的柔性薄膜进行荧光性能测试：取多片薄膜分别贴于化妆棉表面，分别滴加具有梯度葡萄糖浓度的模拟汗液溶液，使用紫外光作为激发光源，隔段时间拍摄薄膜的荧光图像，观察薄膜荧光图像的R/B值随时间变化图，判断是否实现通过柔性薄膜荧光颜色对葡萄糖浓度的可视化辨别。
4.根据权利要求1所述的一种高分子凝胶柔性薄膜，其特征在于，所述具有红色荧光特性多孔硅颗粒的制备过程为：将单晶硅片经表面洗涤预处理后经过电化学刻蚀、电化学剥离、弱氧化活化后得到具有红色荧光特性多孔硅颗粒；
多孔硅颗粒的电化学制备，
将P型掺硼硅片作为单晶硅片固定在电解池中，电解液为有机溶剂和氢氟酸，阳极为硅片，阴极为铂电极，进行电化学刻蚀，得到多孔硅层；降低氢氟酸的质量浓度进行电化学剥离，多孔硅薄膜脱离硅基底；将得到的多孔硅薄膜置于乙醇中超声处理，获得微米级多孔硅颗粒；
多孔硅颗粒的弱氧化活化，
将多孔硅颗粒浸泡于PBS缓冲液中，浸泡后离心、清洗，得到具有红色荧光的多孔硅颗粒。
5.根据权利要求1所述的一种高分子凝胶柔性薄膜，其特征在于，尿素和柠檬酸钠的混合按照摩尔比为3-12:1混合。
6.根据权利要求1所述的一种高分子凝胶柔性薄膜，其特征在于，所述葡萄糖氧化酶为质量浓度为1-3％的葡萄糖氧化酶溶液，溶剂为高分子水。
7.根据权利要求1所述的一种高分子凝胶柔性薄膜，其特征在于，所述交联剂为体积浓度为0.1-0.3％的硅烷化偶联剂。
8.基于高分子凝胶柔性薄膜的汗液葡萄糖可视化检测方法，其特征在于，包括如下内容：
步骤一，制作高分子凝胶柔性薄膜，
制作过程包括：
制备多孔硅/碳量子点复合颗粒，
1)将具有红色荧光特性多孔硅颗粒分散至金属纳米颗粒溶液中，室温下震荡混合30-60分钟，离心、清洗后获得金属纳米颗粒修饰的多孔硅颗粒，
2)将尿素和柠檬酸钠混合后，在150-200℃高温下加热100-150分钟，加入水，获得具有蓝色荧光特性的碳量子点溶液，
3)将金属纳米颗粒修饰的多孔硅颗粒分散到碳量子点溶液中，混合震荡3-6小时，经过离心、清洗后获得多孔硅/碳量子点复合颗粒；
制备负载多孔硅/碳量子点复合颗粒的壳聚糖薄膜，
1)将葡萄糖氧化酶、交联剂加入壳聚糖溶液中得到壳聚糖混合溶液，
2)将多孔硅/碳量子点复合颗粒分散到壳聚糖混合溶液中，再将壳聚糖混合溶液均匀涂覆在聚氨酯薄膜表面，室温下放置3-6小时，待壳聚糖凝胶形成后，获得具有双色荧光性质的柔性薄膜；
步骤二，在黑暗环境中，用紫外灯照射拍摄具有双色荧光性质的柔性薄膜的荧光图像；
步骤三，在干净的待测者的后颈部位贴上具有双色荧光性质的柔性薄膜，待具有双色荧光性质的柔性薄膜接触皮肤表面汗液分子，于待测者睡眠过程中检测患者汗液葡萄糖水平；
步骤四，8-14小时后从测试者颈部取下薄膜，再次在黑暗环境下用紫外灯照射拍摄具有双色荧光性质的柔性薄膜的荧光图像，并与测试前图像进行颜色分析对比。
9.根据权利要求8所述的基于高分子凝胶柔性薄膜的汗液葡萄糖可视化检测方法，其特征在于，将双色荧光性质的柔性薄膜的荧光图像与测试前图像进行颜色分析对比的方法包括如下内容：
1)将获得的荧光图像所有像素点的R值和B值数据导出，并计算R/B数值；
2)将每位测试者测试前后拍摄的薄膜荧光图像中所有像素点的R/B数值进行归一化，乘以225，将最大值颜色设为红色，最小值颜色设为蓝色，其他点根据R/B数值设为红蓝之间的相应颜色，获得颜色差异扩大的荧光图像；
3)计算每张图像的平均R/B数值，乘以225，将最大值颜色设为红色，最小值颜色设为蓝色，其他图像根据R/B数值设为相应的红蓝之间的颜色，获得颜色平均化的荧光图像；
4)将处于高血糖临界值的患者测试图像设置为标准色卡，将测试者测试后处理得到的图像颜色与标准色卡颜色进行对比，若图像颜色偏蓝则判定为高血糖，若图像颜色偏红则判定为血糖正常。
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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CN111686092B (zh) * 2020-06-19 2021-08-10 浙江大学 一种多孔硅石墨烯量子点复合载药颗粒的制备方法及伤口敷料及伤口敷料的制备方法及用途
CN111938664B (zh) * 2020-08-13 2022-08-23 合肥壹物易证科技有限公司 一种基于微流控技术的穿戴式智能无创血糖监测装置
CN113892946B (zh) * 2021-09-17 2023-10-31 天津工业大学 一种基于sers的汗液传感绑带的制备方法
CN114166808B (zh) * 2021-11-26 2023-08-15 河北大学 可视化定量检测Vc含量的方法及便携式智能传感系统
CN117538135B (zh) * 2024-01-09 2024-03-15 成都艾立本科技有限公司 基于纳米结构的气溶胶libs检测复合薄膜及检测方法

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* Cited by examiner, † Cited by third party
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"Enzyme biosensor systems based on porous silicon photoluminescence for detectionofglucose,urea and heavy metals";Olga Syshchyk et al.;《Biosensors and Bioelectronics》;20151105;20141105;第66卷;第89–94页 *
"Lancet-free and label-free diagnostics of glucose in sweat using Zinc Oxide based flexible bioelectronics";Rujuta D. Munjea et al.;《Sensors and Actuators B: Chemical》;20170618;第238卷;第482-490页 *
"Lanthanide Luminescence Enhancements in Porous Silicon Resonant Microcavities";S. N. Aisyiyah Jenie et al.;《ACS Appl. Mater. Interfaces》;20140714(第6期);第12012-12021页 *

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