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为解决糖尿病患者血糖检测需采血的问题，研究人员开展了基于表面等离子体共振（SPR）的传感器研究。他们构建了 BK7 棱镜 / Ag/Ni/ZnSe/SM 结构的传感器，其性能优异，对尿液葡萄糖检测意义重大。
在健康管理领域，糖尿病的防治一直是重点关注的问题。糖尿病患者常常需要频繁检测血糖水平，传统的检测方式往往需要刺破皮肤采集血样，不仅给患者带来痛苦，还可能引发感染等风险。随着光子学技术的发展，表面等离子体共振（SPR）技术为血糖检测带来了新的希望，它可以实现无创、快速且准确的检测，让患者免受采血之苦。然而，现有的 SPR 传感器在检测葡萄糖浓度时，仍面临着灵敏度不够高、稳定性欠佳等问题，无法满足临床检测的精准需求。在这样的背景下，开展能够优化 SPR 传感器性能、提高葡萄糖检测准确性的研究显得尤为迫切。
为了解决这些问题，研究人员开展了关于构建 BK7 棱镜 / Ag/Ni/ZnSe/SM - 基于传感器以维持葡萄糖水平检测最佳性能的研究。研究人员通过构建特定结构的传感器，并对其进行深入研究，最终得出结论：该传感器展现出高灵敏度（329.21°/RIU）、良好的品质因数（84.575835 (1/RIU)）、高优值（84.489398）、较窄的半高宽（3.89（degrees））以及较高的检测精度（0.2570694 (1/degree)），能够高效检测尿液样本中的葡萄糖浓度。这一研究成果为糖尿病的早期诊断和血糖监测提供了新的有力工具，有望改变传统血糖检测方式，提高患者的生活质量，对推动生物传感器在临床检测领域的应用具有重要意义。该研究成果发表在《Biosensors and Bioelectronics: X》。
研究人员开展研究时用到的主要关键技术方法包括：采用标准转移矩阵法（TMM）和菲涅尔公式（Fresnel formulations）对传感器进行理论分析和建模；利用热蒸发技术在 BK7 玻璃棱镜上进行薄膜的物理气相沉积（PVD），实现传感器的制备；通过改变各层薄膜的厚度，研究其对传感器性能的影响，并利用反射率曲线等手段对传感器性能进行评估。
研究结果如下：
- Ag 膜的选择与厚度优化：银（Ag）因其能增强灵敏度且成本较低，成为构建 SPR 传感器的常用材料。研究发现，Ag 膜厚度在 40 - 50nm 变化时，随着厚度增加，灵敏度先升高后降低。当 Ag 膜厚度为 46nm 时，传感器性能最佳，此时反射曲线表现良好，最小反射率较低，有利于表面等离子体（SPs）的激发。
- 镍（Ni）膜的影响：Ni 膜的引入可提升传感器的灵敏度。研究人员对 4 - 12nm 不同厚度的 Ni 膜进行研究，发现当 Ni 膜厚度为 10nm 时，传感器的反射率曲线出现明显的尖锐下降，表面等离子体共振角度显著变化，灵敏度达到 329.21°/RIU 。这是因为 Ni 具有高金属导电性、多个吸收位点和亲水性等特性，能够影响 Ag 膜表面 SPs 的产生。
- ZnSe 层的作用：研究引入 ZnSe 替代常见的二维（2D）和过渡金属二硫属化物（TMDC）材料，以提升 SPR 传感器的性能。实验表明，ZnSe 层厚度在 2 - 6nm 变化时，当厚度为 5nm 时，传感器性能最佳。这表明 5nm 的 ZnSe 厚度能为传感器带来更优的性能表现，其他厚度可能导致条件不理想。
- 尿液样本中葡萄糖水平的测定：研究人员利用该传感器对不同葡萄糖浓度的尿液样本进行检测。结果显示，随着尿液中葡萄糖浓度的变化，尿液的折射率（RI）也相应改变，传感器能够检测到共振角度的明显变化。例如，当葡萄糖浓度从 0 - 15mg/dL 变化到 0.625mg/dL 时，RI 变化 0.001，共振角度从 81.51° 变化到 81.84°；当葡萄糖浓度从 1.25mg/dL 变化到 2.5mg/dL 时，RI 变化 0.001，共振角度从 82.18° 变化到 82.53°；当葡萄糖浓度从 5mg/dL 变化到 10mg/dL 时，RI 变化 0.006，共振角度从 83.71° 变化到 86.57°。这表明该传感器能够准确检测不同葡萄糖浓度下尿液折射率的变化，进而实现对葡萄糖浓度的精确检测。
研究结论和讨论部分指出，该研究成功构建了一种新型、高灵敏度且低成本的 SPR 生物传感器。通过菲涅尔方程和 TMM 方法对反射光谱进行分析，确定了 BK7/Ag (46nm)/Ni (10nm)/ZnSe (5nm)/SM 的最佳结构。Ni 膜增强了传感器的灵敏度，ZnSe 膜则提供了必要的屏蔽并减少了 Ag 与缓冲溶液的负面化学相互作用，有效解决了 Ag 易氧化的问题。然而，该传感器在实际应用中仍存在一些局限性，如温度、湿度、样本中其他生物分子等因素会影响检测结果的准确性。为确保传感器的稳定性能和准确检测，研究人员提出了一系列解决措施，如使用温度控制单元控制温度、采用疏水涂层减少湿度影响、优化薄膜沉积参数以保证薄膜均匀性等。尽管存在挑战，但该研究成果为糖尿病的早期诊断和血糖监测提供了新的技术手段，未来经过临床验证和监管审批后，有望广泛应用于临床实践，为糖尿病患者带来更便捷、准确的检测体验，对推动生物传感器在医疗健康领域的发展具有重要的里程碑意义。
