糖尿病是严重危害人类健康的重大疾病。目前,还没有根治糖尿病的有效治疗手段,主要是通过频繁的检测和胰岛素注射来对血糖浓度进行严格控制,以减少或减轻由糖尿病导致的长期并发症。有创血糖检测技术已被广泛应用于医院临床诊断和家庭健康保健,但由于需要抽血,该技术存在测量频率受限、容易造成不适、甚至感染,以及费用较高等诸多问题,给糖尿病患者带来不便。因此,开展新型的无创血糖检测技术的研究具有十分重要的意义。无创血糖检测技术的研究已成为当前国际生物医学领域研究的热点课题,国内外许多研究机构和公司正积极开展相关研究,根据不同原理,提出了各种检测方法,包括电化学、微波技术、电磁传感原理、热谱学、电阻抗谱、体液(唾液、汗液、尿液等)采集、光学方法等。相对于其它方法,光学(或衍生技术)方法具有快速、无创伤、信息多维化等特点,成为了无创血糖测量研究关注的热点。用来检测糖浓度的光信息包括光速、位相、强度、频率、偏振角等,应用这些信息相应地产生了近红外光谱法、中红外光谱法、旋光法、拉曼光谱法、光声光谱法、光学相干成像等测量方法。血糖引起光的偏振角变化是一种较早开展研究的无创血糖检测方法。人们采用法拉第旋光器直接调制光束的偏振态、塞曼激光外差探测等方法进行光学旋光无创血糖检测的研究。在偏振角变化的研究中,虽然光电直接探测法有检测系统简单的优点,但由于探测灵敏度的不足,光电直接探测法几乎没有得到应用。国际上研究最多的是光电外差探测法。外差法的优点是灵敏度高,其缺点是对相位非常敏感,漂移大,需频繁校准。尽管无创血糖测量的研究已取得了相当的进展,但到目前为止,还未实现真正意义上的无创血糖检测。本论文针对现有偏振光无创血糖测量技术的缺陷,开展了较系统深入的研究。(1)提出了一种新的正交双偏振光无创血糖测量方法。从理论上分析了正交双偏振光的测量原理,阐明了其可行性。通过将血糖引起的微小偏振角的变化转化为两个偏振方向上偏振光的能量差,由相关原理高灵敏锁定放大器检测,控制法拉第线圈电流补偿血糖引起的偏转角变化,利用血糖浓度与法拉第线圈电流的线性关系,计算获得血糖浓度。与光学外差探测法相比较,既提高了测量的灵敏度,又消除相位对测量的影响。(2)研制出了正交双偏振光无创血糖检测实验系统。半导体激光通过电光调制,成为正交双偏振光,偏振光通过旋光物质,偏转角度发生改变,光电探测器探测到偏转角度发生改变引起的电信号差,最后通过锁定放大器检测出来。特别是引入了法拉第旋光器作为光路的校准和旋光物质引起的旋光角的补偿,这样可通过加载到法拉第旋光器线圈上的电流作为计算血糖浓度的一个重要参数。(3)利用研制的正交双偏振光实验系统,进行了萄糖溶液和血清溶液的葡萄糖浓度的测量实验研究,萄糖溶液的实验中,测量到最低的葡萄糖浓度为40mg/dl,相关系数为0.9821,葡萄糖浓度标准差的平均值为12.47mg/dl;血清溶液的实验中,测量到最低的葡萄糖浓度为64mg/dl,相关系数为0.95,葡萄糖浓度标准差的平均值为20.63mg/dl。显然葡萄糖溶液的线性较血清溶液更好,这是因为葡萄糖溶液组分单一,透光性较好,而血清溶液中含有除葡萄糖以外的其它成分,透光性较差,溶液中的其它成分也可能影响到测量。与Chien-ming Wu等使用一种外差旋光仪测量旋光活性介质的方法实验结果25mg/dl标准差相比,本研究的血清溶液的旋光测量实验,葡萄糖浓度标准差的平均值与其相当。这些结果显示了正交双偏振光测量具有人体血糖浓度水平的葡萄糖浓度测量的能力,证明正交双偏振光测量方法是可行的。为研究与血清测量实验中的相关物质,如麻药戊巴比妥纳、抗凝剂肝素锂等对血清溶液的葡萄糖浓度的正交双偏振光测量实验研究的影响,进行了麻药戊巴比妥纳、抗凝剂肝素锂等的光学旋光实验研究。相当浓度的戊巴比妥纳溶液的正交双偏振旋光测量实验表明,实验浓度的戊巴比妥纳溶液具有很强的左旋光特性,数值上与1000mg/dl的葡萄糖溶液相当,会对兔血清溶液的正交双偏振旋光测量实验造成重大的影响。因此在后面的兔血清的正交双偏振旋光测量实验中未采用麻药戊巴比妥纳麻醉兔子取血,而是直接从兔心脏取血。抗凝剂肝素锂虽具有一定的旋光特性,但肝素锂的正交双偏振旋光测量实验表明,在实验的肝素锂浓度下(每管配4ml蒸馏水),并未见明显的旋光效应,因此使用实验浓度下的肝素锂作为抗凝剂对实验没有造成影响。(4)正交双偏振光无创血糖测量存在调制电压高以及方波电压突变干扰大的缺陷。因此,进一步提出了一种正弦波调制的偏振光方法。用琼斯矩阵和利用贝塞尔函数展开式进行了理论分析,将探测到的信号分解为直流分量、基频分量、倍频分量三项。锁定放大器从相位和频率上锁定处理基频分量,输出直流电压,从而得到血糖浓度与锁定放大器输出直流电压的关系。用正弦波调制的偏振光实验系统,进行了葡萄糖溶液的葡萄糖浓度的测量实验。萄糖溶液的实验中,测量到最低的葡萄糖浓度为24mg/dl ,相关系数为0.9952,葡萄糖浓度标准差的平均值为43.06mg/dl。实验结果表明,正弦波调制的偏振光葡萄糖溶液测量也具有较好的线性,也能达到人体血糖浓度水平,但其葡萄糖浓度标准差的平均值大于正交双偏振光测量。正弦波调制的偏振光测量的稳定性、灵敏度较正交双偏振光测量差,不过正弦波调制的偏振光的调制电压较低是其突出优点。本研究为进一步深入开展偏振光无创血糖的研究,打下了良好的基础。