熒光？血糖？FRET技術新進展了解一下

近幾十年，糖尿病的患病率逐年攀升，糖尿病在世界各地都正成為日益嚴重的公共健康問題。在我國，目前糖尿病患者已達1億，一場「甜蜜危機」正在向我們襲來。

而對於糖尿病患者來說，定期監測血糖水平是非常重要的，也是糖尿病評估和管理的重要手段。

基於酶的血糖檢測儀，比較「嬌氣」

在過去的研究中，對於血糖檢測，大多數研究人員關注的焦點是基於酶的電化學感測器。現在醫院裡使用的檢測試劑盒、市面上熱銷的家用血糖儀都是基於這個原理開發的。

但是，我們知道，酶這個傢伙是非常「嬌氣」的，稍微有點溫度變化都可能發生改變。其實我們在日常使用血糖儀的過程中也往往能夠感受到，比如說，昨日測量的試紙條拿到今天再次讀數，它顯示的血糖值便會出現很大的偏差。

此外，血液的成分很複雜，現有的檢測方法很容易就受到除血糖外其他成分的干擾。比如，血氧含量、血液酸鹼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，就是用熒光探針製備出新型血糖感測器。

熒光也能測血糖

熒光？血糖檢測？這倆看起來八竿子打不著吧。莫非是科學家暈頭了？這還真不是，我們先來了解一下「熒光」。

圖片來自網路

熒光，是指一種光致發光的冷發光現象。簡單來說，我們可以理解為將一束特定顏色的光照射到某種熒光物質上時，也將能量傳遞給了熒光分子，從而可以激發它發出另外一種顏色的光。

回想一下我們平時在使用熒光棒時，是不是都會先把熒光棒折彎、拍一拍、甩一甩呢？其實，這個過程就是把熒光棒中含有不同化學物質的玻璃細管弄破。然後，這裡面的化學物質混合發生反應後將能量傳遞給了熒光染料，再由染料發出美麗的熒光。

那麼，熒光是怎樣和血糖測量聯繫起來的呢？

這就要提到熒光共振能量轉移（FRET）效應了。FRET 效應是一種熒光基團間通過偶極-偶極的相互作用以非輻射方式發生能量轉移的現象，由德國物理化學家西奧多·福斯特（Theodor F?rster，1910-1974）於1948年提出。

FRET 效應其實是熒光現象的一種延伸。它是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」。當然，這種效應的產生是需要一些特定條件的，其中之一便是要求兩種熒光物質在空間距離上足夠接近，通常認為在1-10nm範圍內。

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。這就是熒光檢測血糖濃度的基本原理。

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，是一種用於血液分子檢測的良好工具。

新型血糖感測器，未來有望不用天天扎針測血糖

近日，中科院蘇州醫工所醫學檢驗室蛋白質組學中心尹煥才/殷建團隊就基於 FRET 效應，開發出熒光探針，從而製備出新型血糖感測器，實現了對血糖的高穩定性高靈敏度檢測。

科研人員設計併合成了基於稀土元素 Eu 的穴狀配體螯合物作為熒光供體，並篩選與其相匹配的發色基團作為熒光受體。然後，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，從而通過檢測供體熒光的升高幅度來反映葡萄糖濃度的高低。

科研人員還使用透明質酸水凝膠來包裹 FRET 熒光探針。是的，你沒看錯，這裡說的透明質酸就是美容護膚品中常用到的玻尿酸。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，在藥物載體、支架材料等方面為許多研究使用。

基於FRET效應的新型血糖感測器。葡萄糖熒光探針被包裹於透明質酸微球中，能夠實現對血糖的高靈敏檢測，同時具有極佳的抗干擾性、穩定性和生物相容性。

科研人員把這個探針包裹在直徑約為70μm的透明質酸水凝膠微球中。這樣一來，就讓這個感測器具有了無毒、高生物相容性的特性，解決了稀土元素 Eu 穴狀配體螯合物在應用中具有潛在生物安全性的問題。

（a）顯微鏡明場下拍攝的透明質酸微球，直徑約為60μm。（b）cy5.5熒光通道下拍攝的熒光微球。（c）掃描電子顯微鏡拍攝的乾燥後的透明質酸微球。

另一方面，也是利用了水凝膠材料交織的網狀結構，從而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感測器工作條件的穩定。在長時間連續檢測的驗證實驗中，該葡萄糖感測器在進行檢測72小時後仍能夠保證檢測結果的一致性，表明其具有極佳的穩定性。

研究結果表明，這種新型葡萄糖感測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，其具有較高的抗干擾性和穩定性，血液樣本無需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（己糖激酶法）對比後，結果顯示該新型感測器能夠替代傳統方法。

在未來基於此類葡萄糖感測器，通過體內埋設等方式有可能實現長時間連續血糖監測等功能，因此具有較高的應用潛能。其實也可以這麼理解，用這個方法的話未來就可以不用讓患者天天扎針測血糖了，這是值得期待的。

來源：中國科學院蘇州生物醫學工程技術研究所

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