糖尿病并酮(糖尿病并酮症酸中毒的临床表现)

• 1、17张表，看懂七大降糖药的相互作用
• 2、1型糖尿病患者“隐身”高考成公务员：不隐瞒没现在
• 3、用呼吸气体分析检测糖尿病将成为可能？汪飞副教授课题组提出一种用于检测超低浓度丙酮气体的复合纳米阵列

17张表，看懂七大降糖药的相互作用

不想错过每日推送？

戳上方蓝字“医学界内分泌频道”关注我们

并点击右上角“···”菜单，选择“设为星标”

全面解析降糖药物的药物相互作用问题，干货满满，值得收藏！

首先，我们来看两个病例：

病例1

男性患者，42岁。因患2型糖尿病合并高血压、心房纤颤，使用胰岛素降糖，地高辛控制心功能。

因餐后血糖控制不佳，加用阿卡波糖50mg tid。2个月后，患者突发严重房颤而入急诊。

经查，患者血浆中地高辛浓度为0.27ng/ml（有效血药浓度为0.8~2.0ng/ml）。停用阿卡波糖后，地高辛血药浓度升至1.8ng/ml。当再次使用阿卡波糖后，地高辛血药浓度再次下降，确定为地高辛和阿卡波糖之间的相互作用。

病例2

女性患者，83岁，因自感不适2周就诊。患者有2型糖尿病史，因怀疑幽门螺旋杆菌（HP）感染以及尿路感染接受药物治疗。

当前用药：格列本脲、西格列汀、奥美拉唑、克拉霉素、甲氧苄啶/磺胺甲噁唑和赖诺普利。实验室检查：血钾4.0mmol/L，血糖2.0mmol/L。

2型糖尿病患者常合并其他基础疾病，在合并用药时，难免会发生药物相互作用。

那么，对于临床上常用的7大类降糖药，我们应该注意哪些可能的药物相互作用，以减少类似上述不良事件的发生？

二甲双胍

二甲双胍的药物相互作用问题主要集中在药物排泄方面。

二甲双胍结构稳定，不与血浆蛋白结合，以原形随尿液排出，清除迅速，血浆半衰期为1.7~4.5小时，12小时内90%被清除。

此外，本品一部分可由肾小管分泌，故肾小球清除率大于肾小球滤过率。由于本品主要以原形由肾脏排泄，故肾功能减退时用本品可在体内大量积聚，引起高乳酸血症或乳酸性酸中毒。

当同时服用其他药物时，可能引起尿液酸碱度（pH）、肾小管主动分泌或肾血流的改变，从而影响药物排泄。例如，应用碘造影剂前应酌情停用二甲双胍，当二甲双胍与西咪替丁、乙胺嘧啶、头孢氨苄等联用时，可能会减少二甲双胍排泄，必要时需调整剂量。

表1：二甲双胍与其他药物相互作用（1）

表2：二甲双胍与其他药物相互作用（2）

α-糖苷酶抑制剂

由于阿卡波糖抑制糖苷酶引起未吸收的碳水化合物发酵导致的稀溏便可能会影响地高辛的水解，以及阿卡波糖本身对地高辛有吸附作用，使用地高辛时，尽量不使用或停用阿卡波糖。

若必须联合使用，建议阿卡波糖每餐随餐服用，地高辛晚9点后服用，同时加强对地高辛血药浓度的监测。

研究认为，伏格列波糖对地高辛的吸收无影响，可能机制是由于伏格列波糖对α-淀粉酶无影响，所引起的腹泻、腹胀要少，所以对地高辛的吸收影响小。

此外，阿卡波糖与胰酶制剂联用可能会导致阿卡波糖的作用降低。

表3：阿卡波糖的药物相互作用

磺脲类药物

1、吸收环节：消胆胺、考来维仑等药物可能会阻碍磺脲类药物吸收，引起血糖升高。

表4：磺脲类药的药物相互作用（吸收环节）

2、分布环节：由于磺脲类药物的蛋白结合率高，不少药物会与其竞争蛋白结合部位，改变组织分布量，引起游离药物浓度的增加或减少。

这些药物包括：水杨酸类（阿司匹林）、保泰松和阿扎丙酮、磺胺类药物、肝素等。

表5：磺脲类药物的药物相互作用（分布环节）

3、代谢环节：磺脲类药物多通过细胞色素P-450（CPYs）代谢，因此会与其他同等代谢途径的药物发生相互作用，引起药效的增强/减弱。

表6：磺脲类药物药代动力学特点

磺胺类药物包括格列本脲在内，主要通过CYP2C9酶代谢，同时经CYP2C9代谢的抗菌药物主要包括克拉霉素、红霉素、氟康唑、伊曲康唑、酮康唑、甲硝唑、磺胺甲恶唑。

因此，病例2中的患者主要考虑是由于格列本脲与磺胺甲噁唑相互作用引起的格列本脲血药浓度增加，引发低血糖。

除抗生素之外，这些药物也会通过抑制CYP2C9等机制引起磺脲类药物血药浓度增加，升高低血糖风险：抗真菌药物（酮康唑、伏立康唑、氟康唑、咪康唑）、贝特类药物（吉非罗齐）、H受体拮抗剂（西咪替丁）、氯霉素、米非司酮、恩他卡朋、异烟肼、利福平、非选择性β受体阻滞剂。

值得注意的是，波生坦与格列本脲联合使用会产生肝脏毒性，引起转氨酶升高，因此临床禁忌联合使用。

表7：磺脲类药物的药物相互作用（代谢环节）

表8：磺脲类药物的药物相互作用（代谢环节-续）

噻唑烷二酮类（TZDs）药物

与磺脲类药物类似，吡格列酮、罗格列酮等TZDs也是经过CPYs代谢。

因此，在代谢阶段也会与其他药物发生相互作用：应注意避免TZDs与吉非贝齐联用；此外，当与酮康唑、利福平、氟伏沙明和甲氧苄啶联用时，应注意监测血糖水平和不良反应。

表9：TZDs药物药代动力学特点

表10：TZDs的药物相互作用（代谢环节）

DPP-4抑制剂

二肽基肽酶4（DPP-4）抑制剂主要有以下5种，其生物利用度、蛋白结合率、代谢和排泄途径各不相同。

表11：DPP-4抑制剂的药代动力学特点

维格列汀、西格列汀与其他药物的相互作用较少见。而沙格列汀与强的酶抑制剂如酮康唑、伊曲康唑、克拉霉素等合用时，建议限制剂量。

表12：维格列汀、西格列汀的药物相互作用

表13：沙格列汀的药物相互作用

胰高血糖素样肽（GLP-1)受体激动剂

艾塞那肽和利拉鲁肽与其他药物相互作用较少，大多数无临床意义。利拉鲁肽与华法林联用时，建议更频繁地监测INR值。

表14：GLP-1受体激动剂的药代动力学特征

表15：GLP-1受体激动剂的药物相互作用（代谢环节）

钠-葡萄糖协同转运蛋白2（SGLT-2）抑制剂

SGLT-2抑制剂的药物相互作用较少，坎格列净与尿苷二磷酸葡萄糖醛酸转移酶（UGT）诱导剂（利福平等）合用时可能引起AUC（药物曲线下面积）下降，与地高辛合用时，应注意监测地高辛浓度。

表16：SGLT-2抑制剂的药代动力学特征

表17：SGLT-2抑制剂的药物相互作用（代谢环节）

本文首发丨医学界临床药学频道

版权声明

本文转载，欢迎转发朋友圈

-End-

声明：转载此文是出于传递更多信息之目的。若有来源标注错误或侵犯了您的合法权益，请作者持权属证明与本网联系，我们将及时更正、删除，谢谢。

来源： 人民日报客户端

1型糖尿病患者“隐身”高考成公务员：不隐瞒没现在

甜蜜的恐惧

2016年8月2日，山西阳泉，一名9岁的1型糖尿病患者正在给自己注射胰岛素。

与“糖”打交道的日子，并不都是甜的，至少对于住在医院内分泌科的许多孩子来说是这样的。

他们是1型糖尿病患者。研究估算，我国每年新发1型糖尿病约1.5万例。在庞大的糖尿病患病人群中，这个数字显得微不足道——国际糖尿病联盟(IDF)估算，2017年我国糖尿病患病总人数就达1.14亿。

但是，与更常见的2型糖尿病相比，1型糖尿病多发于儿童青少年人群。目前在医学上，这种病仍无法被治愈，需终身注射胰岛素治疗。也就是说从小时候起，糖就成了这些孩子们的敌人。

他们每天需要至少测5～6次血糖，注射2～3针胰岛素。他们的口袋里永远装着糖块或者小饼干。动用它们是痛苦的，因为那意味着身体到了某种危急时刻。

“我的胰岛素走丢了，所以我生病了。”在北京儿童医院，一名5岁半的患者向中国青年报·中国青年网记者解释自己的病情。但这场从童年开始的战争，远不止补充胰岛素那么简单。

测血糖的针会在他们手指上留下细密的针眼，长期注射胰岛素的部位皮肤也有可能变得干瘪。他们中有的人在手臂上贴着驱蚊贴大小的传感器，传感器的探头进入皮肤5毫米，以便实时监测血糖。从确诊开始，他们的生活便被那条细细的血糖曲线牢牢牵住。

他们必须拼尽全力，将血糖控制在“安全区”。只有在“安全区”，他们的生活才会继续。否则，他们会遭受低血糖的折磨，或面临并发症的威胁。对于有些患者来说，他们更担心的是，这会暴露他们的病史，入学、就业、择偶时承受更多不理解，甚至遭到拒绝与歧视。

目前，我国现行的《公务员录用体检通用标准(试行)》中将糖尿病和“尿崩症、肢端肥大症等内分泌系统疾病”一起列为不合格项，“对于弄虚作假，或者隐瞒真实情况，致使体检结果失实的考生，不予录用或取消录用。”部分国有企业和事业单位的体检明确要“参照公务员体检标准”。

曾经，《普通高等学校招生体检标准》也将糖尿病患者归为不能录取一类。相关规定直到2003年才被修订为“严重的血液、内分泌及代谢系统疾病、风湿性疾病”，“学校可不予录取”。但到现在，仍有高校在研究生的招生简章中明确拒绝糖尿病患者。

这些限制藏在年轻人生活里的诸多地方。为了绕开它们，年轻的糖尿病患者只能牢牢抓住那根血糖曲线，隐藏在“安全区”。

一辆自动挡的车，突然变成了手动挡，油箱还经常漏油

血糖仪的显示屏上，横轴是时间，纵轴是血糖值。血糖曲线稳定地漂浮在“安全范围”时被称为“完美的曲线”。一旦向下探头超出阈值，曲线由黑变红，是接近“生命禁区”的警告，而持续向上冲去，可能需要借助胰岛素将它拽回来。翻山越岭、爬高探低的过山车式曲线是糟糕的。

年龄小的患儿不知道自己可能一生都要与这条曲线为伴。他们中有的人称呼自己的胳膊上的血糖仪传感器“机器人”，兴奋地炫耀“它能看到我的血糖呢”；还有的人把胰岛素视作“能量水晶”，相信自己会变成漫画里的超级英雄。

但实际上，这条曲线对于他们来说至关重要——曲线居高不下可能会导致酮症酸中毒等并发症，“贴地飞行”会让他们心慌颤抖甚至昏迷，严重时会危及生命。

今年4月，那条血糖曲线出现在林静和丈夫眼前。在医院检查身体时，女儿被确诊为1型糖尿病。

像所有患儿家属一样，林静和丈夫沿着时间轴由近及远，“复盘”女儿生活中的细节。家族没有糖尿病史，女儿很爱运动，会游泳、跆拳道，周末坚持晨跑，夫妻俩想不通，7岁的孩子为什么会得糖尿病？

北京儿童医院内分泌遗传代谢科主任巩纯秀向中国青年报·中国青年网记者解释，1型糖尿病是因为体内控制血糖的胰岛素完全缺乏所导致，患病与生活方式无关。病因诊断还比较困难，无法预防。

研究显示，我国全年龄段1型糖尿病发病率为1.01/10万人。过去20年间，我国15岁以下儿童1型糖尿病发病率增加近4倍。中国科学技术大学附属第一医院副院长、内分泌科教授翁建平指出，1型糖尿病目前已成为严重威胁青壮年和少年儿童健康的疾病之一。

翁建平认为，由于1型糖尿病的发病低龄化及中国地域辽阔的特点，患者的分布呈现出很强的隐秘性及离散性特征，使得流行病学研究、患者的规范化管理、社会救助保障制度的建设都落后于很多国家。

女儿确诊时，医生宽慰林静夫妇，楚楚只是缺了一点胰岛素，只要每天定期监测血糖和注射胰岛素，控制好血糖，她同样可以健康长大。

为此，林静将女儿每顿饭的肉蛋和碳水化合物精确到克。遇上食物难消化，碳水化合物没算对，忘记加餐，在学校运动量过大，血糖曲线总会上蹿下跳。

“控制血糖比实验设计难多了。”这对有着工学硕士学历的夫妻感慨。

久经疾病考验的孩子，大多控制住了对糖果的渴望，他们有的会嘴里含着奶茶吸管吐泡泡；有的在“班级披萨日”克制欲望，只咬一小口披萨；有的为了“消化”一个冰激凌对血糖的影响，连续走上两个小时。

可即便家长和孩子们努力学习控制血糖，过山车式“令人崩溃的”曲线仍时常出现。“就好像，本来你开的是一辆自动挡的车，突然变成了手动挡，油箱还经常漏油。”

而这还不是这些家庭需要对付的全部麻烦。今年开学前，一位来自黑龙江的4岁患儿家长求助称，“园长说他们只收健康的孩子，不让报名了。”并在病友的建议下找到湖南省三诺糖尿病公益基金会寻求帮助。

基金会的工作人员向她传授与幼儿园老师沟通的内容和技巧，建议联系医生一起与老师沟通。据三诺糖尿病公益基金会秘书长李文解介绍，30多个入园被拒的患儿家庭都曾找到他们帮忙，他们甚至就医生如何与园长、老师沟通的内容做了一个模板做大家参考。

小学入学体检那天，为了让“血糖君”更乖一点，林静提前为女儿注射了胰岛素。也有家长“心在嗓子眼吊了一上午”，幸运的是学校体检没有化验孩子们的血糖。

林静把零食、糖果塞进女儿书包，并向班主任隐瞒了部分事实——女儿有低血糖，偶尔需要吃一些东西。上午10点半，她又返回学校给女儿送午饭和注射胰岛素。

注射往往在卫生间或楼道拐角处完成。“不要让老师和同学看见。”

不同的压力叠加在一起，有时候会让林静崩溃。有一次，她看着女儿的血糖曲线在一天内上蹿下跳，满心愧疚地说，“对不起，是妈妈没有做好”。而嘴里含着“升糖”糖块的女儿拍了拍她的后背，“没关系啊”。

到现在，林静还没有跟女儿完整地解释过这个疾病。她只是说，“全世界的医生都还没想出办法。”她说自己没有告诉女儿这个病“不能治愈”，因为自己也“无法面对女儿‘终身依靠胰岛素’的现实”。

一旦有一个孩子被拒绝，恐惧会被放大

悬在血糖曲线上的大多数日子要小心翼翼的。一位糖尿病患者的家长，给上小学的孩子“全副武装”，配齐了手机、动态血糖仪和胰岛素泵。父亲的手机如果远程收到动态血糖仪的低血糖报警，他就会拨打孩子的手机。按上学前的约定，响一声吃一颗糖，响两声吃两颗糖。而孩子的母亲则整天守在学校门口“待命”，一旦有“风吹草动”就会直接找借口把孩子接出来——他们担心孩子在学校出状况，也担心隐瞒的病情被识破而导致孩子失学。

这样的担心并不过分。一名微博昵称“饭饭最香”的1型糖尿病患者曾在公开自己的病史后，经历了工作被拒，感情不欢而散，更有人恶语相向，“你活不了多久，你的手指都要被扎烂了”。后来，她在微博上写道，“自己很理解为什么那么多人很拒绝公开自己有糖尿病，因为公开之后你受到的伤害有时是不可控的。”

43岁的杨琨有着34年的1型糖尿病史，被孩子们称为“糖叔”。他经常组织1型糖友线下聚会。他会包下酒店的一个大堂，订自助午餐，也会准备面具——合影时不愿公开患病身份的糖友会用到。

“隐藏自己的糖尿病患者身份叫‘隐糖’，绝大部分糖友都选择隐糖。”有着15年“糖龄”的陈凡说。

杨琨每天收到各地糖友发来的各种信息，有刚确诊问血糖控制经验的，有入学被拒希望他帮忙联系幼儿园的，还有让他帮忙找工作、打官司的。

糖友群里不时出现“入学提醒”：报名时要隐瞒病情，遭到拒绝时不要发脾气，一旦入学通知到手，再求助专业人士找幼儿园谈病情。

“不一定每个家庭都会遇到入学的困难，但家长内心都有恐惧。而一旦有一个孩子被拒绝，这种恐惧会被放大。”李鑫说。他在19岁时被确诊为1型糖尿病，那时他刚考入清华大学。在医院内分泌科的病房里，他是唯一的年轻人。

今年7月，加拿大英属哥伦比亚大学博士吴娜娜在上海开展“运动对1型糖尿病的康复研究”，招募“10～20岁，病程超过6个月，无严重糖尿病并发症”的参与者。在招募公告里，她清楚地写道，参与者将得到免费检查、免费咨询、免费享受1型运动专家制订的一对一的运动处方及指导等。

她找到杨琨帮忙，将这条信息精准“投放”到全国各地的糖友群里。也有朋友帮她发到上海周边1型糖尿病友群——群里有300多名符合条件的病友。

可结果并不理想，最终的参与者只有10余位。林静看到了这条招募信息，但没有给女儿报名。每日照顾女儿和控制血糖已经让她应接不暇，“如果医学界没有重大突破，是没有治愈的手段的，其他的我不是很关心。”

林静也提到另一点，“孩子的隐私问题。”尽管吴娜娜的研究反复声明会保护隐私，但家长们仍会“十万分谨慎”。

“没有经历的人不会感同深受，那条血糖曲线已经画好了界限。”陈凡说。

能被人关爱一下真的特别重要，这个群体很多时候太压抑了

被血糖曲线画好的界限也不是不能被打破。巩纯秀介绍，1型糖尿病患者可能出现的危险状况就是低血糖，但是不难处理。一旦发现患者出现低血糖情况，及时补充糖就可以。饮料、水果、糖果或是小饼干都能及时拉升曲线。

了解了血糖曲线的波动规律，患者依然可以享受美食，只是要控制吃的分量和时间。他们也可以像普通人一样踢球、骑行、游泳。

“对于1型糖尿病患者，血糖的平衡需要饮食、运动和药物的配合。如果及时科学治疗，控制病情，没有并发症的情况下，患者完全可以享有和正常人一样的生活质量和寿命。”巩纯秀说，她曾经收治的小患者有的进入国际顶尖高校做科研，有的成为医生，她经常收到他们成家立业、结婚生子的喜讯。

只是普通人对1型糖尿病知之甚少，患者不得不承受一些异样的眼光。比如，他们公开注射胰岛素时会被当作吸毒，找工作时用人单位担心“身体太弱什么都做不了”。

有时候，一些错误的信息也有可能给这些病人带来压力。巩纯秀告诉中国青年报·中国青年网记者，她曾经被邀请上电视讲1型糖尿病孩子生活多惨，被她拒绝了。“因为人家明明没那么回事，炒作病人的背后是利益问题，有药厂就会推销，说买他的东西，可以提高生活质量。”

而1型糖尿病患者大多处于心理敏感的时期。在李鑫看来，2型糖尿病患者多半都是中老年人，心理素质相对成熟，不会遇到上学、就业、择偶的问题。“小孩子承受能力比较弱，生了病会更敏感，一旦有那种不好的声音传进来，就容易对孩子造成伤害。”

楚楚对自己的疾病变得越来越介意。在手臂上戴动态血糖仪的传感器时，她总会嘱咐林静“稍稍弄高一点”，把校服半截袖往下拽了又拽。“同学们看到肯定会问，挺烦的。”楚楚解释道。

有着15年糖龄的陈凡也打算一直“隐身”。此前，他“隐身”参加了高考，研究生毕业后考取了公务员。“如果不隐瞒，我可能根本没有现在”。他说。

杨琨随身带着手掌大的电话薄，翻烂了，用橡皮筋绑着，里面记着海南、吉林、甘肃等各地“糖友”的联系方式。后来，他又建了十来个1型糖友微信群，有近3000人，为的是能“抱团取暖”。

在微信群里，一位爸爸说，孩子白天跟学校同学出游时，他就悄悄跟在出游队伍后面，躲着老师和同学，想“冲进队伍给孩子测下血糖”。一位妈妈谈起，女儿发病一年来的感受，“我们感同身受，互帮互助，我们约好一起卖房给孩子治病，一起盼着某天能牵着健康的孩子流浪街头。”

“你能看到的是这个群体中的极少数，大部分都潜得很深很深。”李鑫说，“能被人关爱一下真的特别重要，这个群体很多时候太压抑了。”

糖尿病只是病，不是罪

巩纯秀认为，儿童糖尿病患者从幼年患病，到长大成人，经历了不同的发展阶段有不同的需求，很多涉及儿童生理、心理发育等需要解决的问题。

1984年，北京儿童医院开启了我国第一个糖尿病夏令营，探索营地教育在患儿成长中的作用。今年8月，他们举办的糖尿病分享沙龙，希望彻底摒弃患儿自以为必须被照顾呵护心态，鼓励糖只是生活的伴侣的态度，以常人的姿态面对生活。

其实从34年前确诊的时候，杨琨就向周围人公开了自己的病情。“我的父母认为糖尿病只是病，不是罪，没有什么不能公开的，也不会给他人造成什么危害。”

不过按照当时的政策，杨琨失去了参加高考的机会，也因为向单位坦承病情，而丢掉了第一份工作。

他将自己写的《一个青年病友的自述》四处投递，希望能得到重视。“肝炎、艾滋病都不能被歧视，何况没有任何传染和危害性的糖尿病呢？”

“我们也不想隐瞒，毕竟我们只是病了，不是做错了什么，而且得病也不是因为我们做错了什么。”陈凡说，某次出差时，他不小心露出了胰岛素泵的导管，引来了同事的猜测和注意，还有人关心地问他“是不是得了癌症在做化疗”。

5年前，何少飞从被血糖曲线圈定的“安全区间”里走出来，“彻底公开了自己的糖友身份”。因为“一个谎言套着一个谎言的生活太累了”。

何少飞在最近的一篇和“糖”有关的文章里写道，患病的19年，自己像一个穿着铠甲上阵厮杀的战士，“外人看来我满足而快乐”，“可铠甲已经紧得让我喘不上来气，而铠甲的厚重也让我的哭声不为人所知”。

脱去“铠甲”后，她把胰岛素笔、酒精片、血糖检测仪放在透明的化妆包里，在咖啡桌前坦然地对自己“例行检查”。

在一本糖尿病病友文章合集里，其中一位病友说，在西班牙的一家咖啡馆，她看到几个年轻的学生在注射胰岛素，一边和旁人嘻哈聊天一边很自然的操作着“武器”，毫不避讳什么。“我仔细观察着他们的脸，笑容是那样的阳光、健康、爽朗。像极了以前爱笑的自己。”

这位病友在西班牙留学时因丙酮酸中毒被送进医院，确诊为1型糖尿病。医生用轻松的口吻通知她，“这没什么，不算是病，只需要改变一下你的饮食和生活方式即可。当然你需要终身打针以维持你的血糖平稳，但是这并不困难。”

李鑫也感受到国内外对1型糖尿病患者的不同态度。同年患病的同学申请到国外大学读研究生时没有因为疾病而受到限制，而国内一所顶尖高校的研究生招生简章则注明，不能录取情况的包括“内分泌系统疾病(糖尿病、尿崩症、肢端肥大症等)”。

一年前，李鑫选择公开了自己“糖友”的身份，他想站出来，“面向公众普及1型糖尿病的知识”。他最先向导师和实验室的同学说出了这个秘密。

李鑫像确诊之初学习调控血糖一样，他逐步调节自己与社会的“安全距离”。“好像也没人注意我这个(感应器)，会有人觉得奇怪吗？”他瞟了一眼T恤袖口露出来的感应器问道。

今年8月，他选择向所有朋友公开。契机是一条新闻——扬州大学广陵学院为患1型糖尿病新生购置冰箱，用以存放胰岛素。这条新闻让糖友们感动了一把。他们翻出2007年山东一所高校勒令两名1型糖尿病新生退学的旧闻，感慨“现在的大学环境还是好了很多”。

但大部分糖友依然不能在那条微信推送里点“在看”，而是用微博“小号”转发。

(应受访者要求，林静、陈凡为化名)

中国青年报·中国青年网记者 马宇平 来源：中国青年报

用呼吸气体分析检测糖尿病将成为可能？汪飞副教授课题组提出一种用于检测超低浓度丙酮气体的复合纳米阵列

南方科技大学汪飞副教授课题组报道了一种α-Fe2O3与SnO2的一维/二维复合结构纳米阵列，可以检测亚ppm（parts per million，百万分之一）浓度的丙酮气体，可用于呼吸分析检测糖尿病，相关成果以“Construction of 1D/2D α-Fe2O3/SnO2 Hybrid Nanoarrays for Sub-ppm Acetone Detection”为题发表在Research上（Research, 2020, DOI: 10.34133/2020/2196063）。

研究背景

目前最常见的糖尿病诊断方式是血糖检测，但血液采集过程会对患者造成一定痛苦，且该检测方法较为耗时。而呼吸气体分析作为一种便捷、非侵入式的疾病检测手段，近年来已经引起了研究人员的关注。人呼出气体中的一些物质可以作为特定疾病的生物标志物，其中呼出的丙酮被认定为I型糖尿病的生物标志物。据研究，在正常人呼出气体中丙酮浓度为0.3～0.9 ppm，而I型糖尿病患者的呼出气体中丙酮浓度超过1.8 ppm。因此，检测亚ppm浓度丙酮的气体传感器有望用于I型糖尿病的呼吸气体分析。

常见的血糖检测方法

然而在实际应用中，呼吸气体分析面临着多重挑战。首先，呼出气体中对应特定疾病的生物标志物的浓度往往很低，需要气体传感器对于超低浓度的目标气体有高的灵敏度；其次，考虑到呼出气体中组分的多样性和敏感材料对不同气体的交叉敏感性，还要求器件对特定目标气体有足够高的选择性；此外，人呼出气体中含有大量的水蒸气，水分子的存在会严重影响器件的气敏性能；最后，器件的可靠性和长期稳定性也是实际检测中重要的考量因素。总之，面对呼吸气体分析中遇到的各种困难，开发一种针对超低浓度丙酮具有良好敏感性能的气体传感器，具有十分重要的研究价值。

研究进展

课题组成员利用简单的两步化学浴沉积方法，直接在叉指电极表面依次生长了二维SnO2纳米片阵列和一维FeOOH纳米棒，经过退火处理，片上合成了α-Fe2O3/SnO2复合纳米阵列（图1a）。图2给出了叉指电极表面生长的纯SnO2纳米片阵列和α-Fe2O3/SnO2复合纳米阵列的电镜图片。可以看出，在复合纳米阵列中，SnO2纳米片均匀附着在电极表面，大量超细直径的α-Fe2O3纳米棒均匀散布在SnO2纳米片上。

图1 (a)通过两步化学浴沉积法在叉指电极上制备α-Fe2O3/SnO2复合纳米阵列，(b, c)气体测试平台示意图和实物图

图2 (a, b, e, f)纯SnO2纳米片阵列和(c, d, g, h) α-Fe2O3/SnO2复合纳米阵列的电镜图

如图3所示，相对于纯的SnO2纳米片阵列和α-Fe2O3纳米棒，α-Fe2O3/SnO2复合纳米阵列在相同测试条件下对丙酮气体的响应有着显著提升。例如，α-Fe2O3/SnO2复合纳米阵列在340 °C最佳工作温度下，对0.4 ppm丙酮气体仍具出较高响应。相对于其它干扰气体（甲醛、甲苯、苯、氨气），α-Fe2O3/SnO2复合纳米阵列对丙酮的响应最高，表明器件的选择性得到了极大提升。

图3 基于纯SnO2纳米片、Fe2O3纳米棒和α-Fe2O3/SnO2复合纳米阵列的气体传感器在(a)不同工作温度、(b–e)不同丙酮浓度和(f)不同目标气体中的响应特性

与此同时，以上三组器件在相同浓度丙酮的连续循环测试中均表现出良好的可重复性，如图4（a–d）所示。研究人员还考察了α-Fe2O3/SnO2复合纳米阵列的长期稳定性（图4e）。考虑到人呼出气体的湿度因素（RH ≥ 80%），本文进一步探究了复合纳米阵列在不同湿度条件下（20%～90% RH）的丙酮响应，发现在较高湿度环境下，器件对丙酮的响应明显降低。因此，接下来的研究工作将尝试一些可行的方案（如采用除水过滤膜）来消除环境湿度的影响，这对实际应用至关重要。

图4 器件对丙酮气体检测的重复性、长期稳定性及不同湿度条件下的响应

未来展望

本工作通过简单的两步化学浴沉积法实现了1D/2D α-Fe2O3/SnO2复合纳米结构体系的片上合成，所制备的器件对亚ppm浓度丙酮表现了优异的气敏性能。尽管现有的研究结果表明器件在实际应用转化的过程中存在一些亟需改进的问题，但是该成果为超低浓度丙酮气体传感器的设计提供了一种新的研究思路，预示着α-Fe2O3/SnO2复合结构体系在呼吸气体分析领域潜在的应用前景。

作者简介

汪飞现任南方科技大学深港微电子学院副教授，深圳市重点实验室副主任，IEEE协会高级会员。入选深圳市孔雀计划、广东省高层次人才特殊支持计划，2016年获得广东省自然科学杰出青年基金资助，2018年获得深圳“青年科技奖”。

汪飞课题组的研究重点包括微纳器件加工与制造、能量收集器、气体传感器、生物传感器、湿度传感器和微纳测试探针等。累计发表学术论文140余篇，其中SCI期刊论文70余篇，在IEEE MEMS、Transducers、IEDM等国际会议发表论文70余篇。申请中国专利15项，已获批5项发明专利，申请国际专利2项，已获批1项并已实现成果转化。