血糖水平监测不需要针头

宾夕法尼亚州立大学的研究人员开发了一种可穿戴的、无创的葡萄糖传感器的原型。

来源:贾朱

非侵入式葡萄糖监控这种设备目前在美国还没有商用，所以人们用糖尿病必须采集血液样本或使用植入皮肤下的传感器来测量血糖水平。现在，有了宾夕法尼亚州立大学研究人员发明的一种新的可穿戴设备，不那么干扰的血糖监测可能会成为常态。

在宾夕法尼亚州立大学工程科学和力学系Dorothy Quiggle职业发展教授Huanyu“Larry”Cheng的带领下，研究人员公布了这种可以检测的无创低成本传感器的细节葡萄糖在出汗生物传感器和生物电子学。

研究人员首先用激光诱导制造了这个装置石墨烯(LIG)是一种由不同形状的原子厚度碳层组成的材料。LIG具有高导电性和只需几秒钟的方便制造时间，似乎是传感设备的理想框架——但有一个重要的警告。

“这里的挑战是LIG对葡萄糖完全不敏感，”Cheng说。“所以，我们需要在LIG上沉积一种葡萄糖敏感物质。”

程说，研究小组选择镍是因为它对葡萄糖有很强的敏感性，并将其与黄金结合，以降低过敏反应的潜在风险。研究人员假设，配有镍金合金的LIG能够检测到皮肤表面汗液中低浓度的葡萄糖。

优先考虑高葡萄糖敏感性的材料。与血液相比，汗液中的葡萄糖浓度明显较低，但程明表示，汗液中的葡萄糖水平与血液中的葡萄糖浓度有很强的相关性。虽然汗液中葡萄糖的浓度大约是血液中葡萄糖浓度的100倍，但该团队的设备足够灵敏，能够准确测量汗液中的葡萄糖并反映血液中的葡萄糖浓度。

这种镍金合金的敏感性使得Cheng的团队可以排除酶，酶通常被用于在更具侵入性的、商业化的设备或其他研究人员提出的非侵入性监测仪中测量葡萄糖。然而，这些酶可以随着时间和温度的变化而迅速降解。

“酶传感器必须保持在一定的温度和pH值，而酶不能长期储存，”Cheng说。“另一方面，不管这些变化如何，非酶葡萄糖传感器在性能稳定和葡萄糖敏感性方面都具有优势。”

非酶的传感器需要碱性溶液，这可能会损害皮肤，通常限制设备的耐磨性。为了控制这一问题，程和他的团队在 上附上了一份文件微流控室到LIG合金。这种腔室比以前开发的配置更小，以提高耐磨性和多孔性，允许一系列的运动，如拉伸或挤压。它连接到一个收集入口，将汗水输送到溶液中，而不允许溶液接触皮肤。基本溶液与葡萄糖分子相互作用生成与合金反应的化合物。这个反应会触发电信号，表明汗液中葡萄糖的浓度。

Cheng说，由于采用了更小的碱性溶液腔，整个设备大约只有四分之一大小，而且足够灵活，可以与人体安全连接。

在一项概念验证测试中，研究人员使用皮肤安全粘合剂将可重复使用的装置附着在一个人的手臂上，并在饭后一小时和三小时。在每次测量之前，受试者进行了一次短暂的锻炼——刚好足够产生汗水。在收集汗液几分钟后，研究人员发现检测到的葡萄糖浓度从第一次到下一次下降。该设备的葡萄糖测量结果通过商业上可用的葡萄糖监测仪的测量结果进行验证。

Cheng和团队计划对他们的原型进行改进，以用于未来的应用，包括解决患者或临床医生如何使用传感器进行增量血糖测量或持续监测，以确定治疗行动，如注射胰岛素。他们还打算改进和扩展这个平台，以更舒适地监测其他生物标志物，这些生物标志物可以在汗水或填充人体细胞间空间的组织液中找到。

Cheng说:“我们希望与医生和其他卫生保健提供者合作，看看如何将这项技术应用于对患者的日常监测。”“这种葡萄糖传感器是一个基础例子，表明我们可以在极低浓度的汗水中提高生物标志物的检测。”