组成图示
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传感器类型
其他（中红外光热辐射生物传感器）
检测对象
葡萄糖（glucose, D-glucose）；样品基质：人血清（human serum）及扩散入人皮肤（human skin）的模拟组织间液（ISF）。
检测原理
WM-DPTR 采用两束反相方波调制的中红外激光照射皮肤样品：9.5 µm 对应葡萄糖吸收峰，10.4 µm 对应吸收基线。葡萄糖浓度改变表皮/血清界面的红外吸收系数，使两束光产生的光热辐射出现差异；差分检测抑制水背景，HgCdZnTe（MCZT）探测器收集 2–5 µm 红外热辐射，锁相放大器解调基频幅值与相位。通过调节激光强度比 R 和相位差 dP 可优化灵敏度。25–280 mg/dl 时，幅值由 11.2 µV 增至 36.2 µV，相位由 156° 增至 207°，信号随葡萄糖浓度单调变化。
检测灵敏度
未报告 LOD、线性范围、灵敏度斜率、R^2；原文报告测量范围: 21 mg/dl–400 mg/dl；25–280 mg/dl 时幅值由 11.2 µV 增至 36.2 µV（约22%），相位由 156° 增至 207°（51°）。
效应效果
该研究在体外人皮肤中实现 21–400 mg/dl 生理范围葡萄糖检测，25–280 mg/dl 时幅值变化约22%、相位变化51°，90 Hz 调制下探测深度约8.4–15.7 µm。差分中红外方法抑制水背景，作者称其性能优于其他非侵入中红外技术，尤其适合低血糖范围。每次换液后需约25 min 达到平衡，误差棒来自五次测量，但未报告 RSD、回收率或 LOD。作者认为 WM-DPTR 具备发展为临床可行非侵入葡萄糖生物传感器的可行性，未来可支持体内连续监测和个性化糖尿病管理。
传感器的构成
- 激发光源：两枚量子级联激光器（QCL，Pranalytica 1101-95/104-CW-100-AC），分别发射 9.5 µm 和 10.4 µm 中红外光，对应葡萄糖吸收峰与基线。
- 调制控制：函数发生器（Agilent 33220A）产生相位锁定方波，控制两 QCL 的调制相位差；可变中性密度滤光片（ND filter）调节激光强度比 R。
- 样品池与窗口：圆柱样品池（R-10-22，International Crystal Laboratories）和 ZnSe 窗口，容纳血清葡萄糖溶液并支撑人皮肤样品。
- 样品/识别介质：人血清（glucose-depleted human serum）与 D-葡萄糖（D-glucose）混合液，模拟组织间液（ISF），葡萄糖扩散进入皮肤。
- 检测介质：人腹部皮肤样品（约 1 mm 厚，角质层朝向激光），作为非侵入检测的表皮/真皮介质。
- 红外探测器：HgCdZnTe（MCZT，Vigo PVI-4TE-5）探测器，2–5 µm 带宽，收集皮肤表面差分红外热辐射。
- 信号读出：锁相放大器（SR850，Stanford Research Systems）解调基频幅值与相位，输出葡萄糖浓度相关信号。
中文摘要
非侵入式葡萄糖监测可显著改善糖尿病管理。作者将波长调制差分激光光热辐射测量（WM-DPTR）应用于人体皮肤体外的中红外葡萄糖检测。将人血清中的葡萄糖扩散至厚度约1 mm的腹部人皮肤样品中，在生理浓度范围21–400 mg/dl进行测量，结果显示该方法具有满足广泛临床检测需求的高灵敏度和准确性。研究发现，通过调节WM-DPTR系统中两束激光的强度比和相位差，可以调谐葡萄糖灵敏度。测量结果证明WM-DPTR有望发展为临床可行的非侵入式葡萄糖生物传感器，为未来体内非侵入血糖监测和个性化糖尿病管理奠定基础。
英文摘要
Noninvasive glucose monitoring will greatly improve diabetes management. We applied Wavelength-Modulated Differential Laser Photothermal Radiometry (WM-DPTR) to noninvasive glucose measurements in human skin in vitro in the mid-infrared range. Glucose measurements in human blood serum diffused into a human skin sample (1 mm thickness from abdomen) in the physiological range (21-400 mg/dl) demonstrated high sensitivity and accuracy to meet wide clinical detection requirements. It was found that the glucose sensitivity could be tuned by adjusting the intensity ratio and phase difference of the two laser beams in the WM-DPTR system. The measurement results demonstrated the feasibility of the development of WM-DPTR into a clinically viable noninvasive glucose biosensor.