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1、(10)申请公布号 CN 103558155 A (43)申请公布日 2014.02.05 CN 103558155 A (21)申请号 201310348932.0 (22)申请日 2013.08.12 G01N 21/17(2006.01) (71)申请人 浙江工业大学 地址 310014 浙江省杭州市下城区朝晖六区 潮王路 18 号 (72)发明人 乐孜纯 董文 (74)专利代理机构 杭州斯可睿专利事务所有限 公司 33241 代理人 王利强 (54) 发明名称 一种基于狭缝波导的血糖检测方法 (57) 摘要 一种基于狭缝波导的血糖检测方法， 直波导 与微环波导之间的环形狭缝区域为供待检。
2、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。 (51)Int.。
3、Cl. 权利要求书 1 页 说明书 3 页 附图 1 页 (19)中华人民共和国国家知识产权局 (12)发明专利申请 权利要求书1页 说明书3页 附图1页 (10)申请公布号 CN 103558155 A CN 103558155 A 1/1 页 2 1. 一种基于狭缝波导的血糖检测方法， 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。
4、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血糖检测方法， 其特征在于 ： 所述步骤 2） 中。
5、， 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 ： 4） 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血糖检测方法， 其特征在于 ： 所述直波导 材料为硅材料。 权 利 要 求 书 CN 103558155 A 。
6、2 1/3 页 3 一种基于狭缝波导的血糖检测方法 技术领域 0001 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 0002 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。 0003 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。 0004 2004 年， 美国康奈尔大学 Michal Lipson 教授研究。
7、组首次提出了狭缝波导的概 念 (Almeida VR,Xu Q,Barrions CA et alGuiding and confining light in void nanostructureJ.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。
8、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 0005 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。 0006 本发明解决其技术问题所采用的技术方案是 ： 0007 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。
9、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 ： 0008 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 ； 0009 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。
10、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。 说 明 书 CN 103558155 A 3 2/3 页 4 0010 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。 0011 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。 0012 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 。
11、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。 0013 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。 0014 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，。
12、 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。 0015 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 0016 图 1 是基于狭缝波导的血糖检测装置的示意图， 其中， straight waveguide ： 直波 导， slot ： 狭缝， micro-ring ： 微环， cladding ： 包。
13、层。 0017 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 0018 下面结合附图对本发明作进一步描述。 0019 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。
14、率高， 所述血糖检测方法 包括以下步骤 ： 0020 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 ； 0021 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。 0022 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 说 明 书 CN 10。
15、3558155 A 4 3/3 页 5 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。 0023 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。 0024 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。 0025 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 1.4。
16、6， 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。 0026 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。 0027 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， 。
17、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 ： 0028 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。 0029 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。 说 明 书 CN 103558155 A 5 1/1 页 6 图 1 图 2 说 明 书 附 图 CN 103558155 A 6 。