苏州医工所在糖尿病患者血糖检测研究中取得进展

近几十年，糖尿病的患病率逐年攀升，糖尿病在世界各地都正成为日益严重的公共健康问题。在预防、诊断和治疗糖尿病方面，定期监测血糖水平一直被公认为疾病评估和管理的重要手段。在过去的几年中，对于血糖检测，大多数研究人员关注的是基于酶的电化学传感器的开发，然而该方法还需要克服一些缺点：包括复杂的酶净化过程和较高的制造成本，以及由于酶变性导致缺乏长期的稳定性，同时血液成分较为复杂，现有的检测方法易受到除血糖外其他成分的干扰。

荧光共振能量转移（FRET）是一种荧光基团间通过偶极-偶极的相互作用以非辐射方式发生能量转移的现象，由Forster于1948年提出。当发生FRET现象时，表现为荧光供体受到激发光的激发后，其产生的荧光强度远低于其单独存在时，而荧光受体的荧光强度大大增强或发生猝灭。

当FRET技术应用在检测过程中时，由于整个反应体系都在溶液中进行，因此具有操作简单方便、样品无需特殊前处理的优点。同时该技术也具有检测灵敏度高、抗干扰能力强的优势，因而获得了越来越多的关注。经过几十年的研究发展，荧光共振能量转移技术已经在免疫分析、核酸检测、环境分析、药物筛选等多个领域广泛应用，是一种用于血液分子检测的良好工具。

近日，中国科学院苏州生物医学工程技术研究所医学检验室蛋白质组学中心尹焕才课题组的葛明昊、殷建等人，开发出基于FRET效应的荧光探针，从而制备出新型血糖传感器，实现了对血糖的高灵敏度检测。

研究者首先设计并合成了基于镧系离子的穴状配体螯合物作为荧光供体，基于其荧光激发及发射光谱，筛选与其相匹配的发色基团作为荧光受体。同时利用刀豆蛋白A（Concanavalin A，ConA）对不同糖类亲和力的差异构建了ConA-Dex探针，将FRET技术中的荧光供体和荧光受体分别与之结合，当检测样品中存在葡萄糖就会解除FRET效应，从而能够通过检测供体荧光的升高来反映葡萄糖浓度的高低。

研究者还使用了透明质酸水凝胶来包裹FRET荧光探针。透明质酸是由两个双糖单位组成的大型多糖类，在人体中分布广泛，是一种天然具有高生物相容性的材料，其在药物载体、支架材料等方面为许多研究使用。使用透明质酸水凝胶来包裹探针，可以使该葡萄糖传感器具有无毒、高生物相容性的特性。解决了镧系穴状配体螯合物在应用中具有潜在生物安全性的问题。

研究结果表明，该新型葡萄糖传感器实现了对血糖的高精度检测，同时经过多重潜在干扰物及长时间连续检测的验证，具有较高的抗干扰性和稳定性。在与目前临床使用的检测方法对比后，结果显示该新型传感器能够实现对传统方法的替代，未来有较高的应用潜能。

该研究成果目前已发表在Analytical and Bioanalytical Chemistry 期刊上。

以上工作得到了国家自然科学基金、江苏省自然科学基金的支持。

论文信息：Utilizing hyaluronic acid as a versatile platform for fluorescence resonance energy transfer-based glucose sensing, Analytical and Bioanalytical Chemistry, 2018. DOI: 10.1007/s00216-018-0928-7.

 

图1：一种基于FRET效应的新型血糖传感器。葡萄糖荧光探针被包裹于透明质酸微球中，能够实现对血糖的高灵敏检测，同时具有极佳的抗干扰性、稳定性和生物相容性。

 

图2：新型FRET血糖传感器用于人血样本的血糖检测。将检测结果与目前临床常用的血糖检测方法（己糖激酶法）进行对比，结果表明该血糖传感器对于真实生物样本同样具有极佳的检测性能，显示出巨大的应用前景。