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新型皮肤样生物传感器提供无针血糖监测

2017-12-26 10:49 来源:Elie Dolgin

对于糖尿病患者来说,每隔几个小时需要用刺血针刺痛指尖进行血糖监测。用于连续血糖监测(CGM)的传感器的出现意味着患者可以实时读取 他们的血糖水平,而没有反复手指粘连的痛苦和麻烦。9月份批准的最新CGM设备甚至不需要像其他技术那样刺痛手指进行检查。

皮肤样生物传感器

示意图显示透明质酸(透明球体)在阳极处传递如何帮助将葡萄糖(蓝色球体)从血管推出到皮肤表面。

但是,所有现有的系统仍然是侵入性的,价格也比较昂贵,涉及在手臂或腹部佩戴清晰可见的传感器,其具有进入皮肤的微小针头。JDRF的研究主管Daniel Finan说,这个非营利组织的前身是青少年糖尿病研究基金会,是一种便宜、准确、无创和不显眼的葡萄糖检测仪。

进入科学进展杂志报道了新型皮肤样生物传感器系统。它首先将纸电池连接到皮肤表面下的组织中形成电化学梯度。然后穿用者将透明质酸(一种护肤产品中常见的成分)应用于电池的阳极,阳极将带正电荷的分子推入皮下液体中。这改变了穿过皮肤的血管所遇到的渗透压,导致它们释放更多的葡萄糖,流入皮肤表面的电池阴极。

20分钟后,取出电池,生物传感器卡在上面。它可能看起来只是一个小小的金箔正方形,但是包装在游丝薄膜中的是五个不同的层,可以帮助将糖分子转换成电信号,这些信号可以通过标准的实验室设备读取,可穿戴电路板。

这个3微米厚的设备的制造是不小的壮举。“ 整个制造过程是一个多学科的任务,” 青岛大学柔性电子技术中心博士研究生陈一豪说 ,这是该研究的第一作者。“ 它由生物化学,电化学,药物,电气设计,半导体制造和流体/固体机械转印打印和分析组成。”

但是,由机械工程师薛峰、陈一豪和其同事成功了,然后他们和北京附近的一家医院合作,在三个人身上测试了这个系统:两个年轻的健康人和一个62岁的2型糖尿病患者。

与所有通过皮肤液而不是在血液中间接测量葡萄糖的CGM设备一样,传感器定量葡萄糖水平的能力存在时间滞后。但是这个系统被证明是非常准确的,就像在多个时间点测量通过手臂静脉抽取的手指或血液一样。而且它没有在皮肤表面出现任何刺激,疼痛或炎症的迹象,这与其他已经尝试的非侵入式葡萄糖监测系统不同。

Finan说:“我们总是在谨慎行事,真正把设备作为一个真正的补丁来保护你的皮肤。所以,“这可能是比现在更好的解决方案。”

但是,迄今为止,新的系统还不能够持续监测。它只能测量电池在皮肤上收集的葡萄糖。身体上的相同位置可以一遍又一遍地使用,但每次读取都需要新的电池和生物传感器。

这意味着“目前还不是完全无缝的” ,普渡大学生物工程师Jacqueline Linnes说,他正在开发自己的生物传感器,用于从某人的呼吸中读取葡萄糖水平。“但是如何让这些皮肤适形装置检测葡萄糖,这是一个很好的例子。”

据陈一豪介绍,他的团队希望整合生物传感器和电压源,创造出适合CGM的产品,并可能与胰岛素泵搭配,打造一个闭环“人造胰腺”系统。他说:“我们正在和相关医疗团队合作,进一步开发系统,使其更加精确、紧凑和可靠。”

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