直徑僅為5mm的微型光學傳感器，有望應用于連續(xù)無創(chuàng)血糖監(jiān)測

一直以來，糖尿病患者都需要依靠指尖采血或貼敷微針來測量并管理血糖水平。除了疼痛之外，這些方法還會帶來瘙癢、發(fā)炎和感染等副作用。

據(jù)麥姆斯咨詢介紹，澳大利亞變革性超構(gòu)光學系統(tǒng)卓越研究中心（TMOS）的研究人員在連續(xù)無創(chuàng)血糖監(jiān)測方向又邁出了重要一步。其澳大利亞皇家墨爾本理工大學（RMIT University）的研究小組在葡萄糖紅外吸收特征方面有了新發(fā)現(xiàn)，并利用這一發(fā)現(xiàn)成功開發(fā)出了一種直徑僅為5 mm的微型光學傳感器，未來有望應用于連續(xù)無創(chuàng)血糖監(jiān)測，服務于病患的糖尿病管理。

近三十年來，無創(chuàng)血糖監(jiān)測技術(shù)憑借其無痛、連續(xù)監(jiān)測等優(yōu)勢一直是各界關(guān)注的焦點。光學式血糖監(jiān)測技術(shù)已有報道，但這些技術(shù)往往需要使用實驗室中常見的復雜光學儀器，因此不適合患者日常使用。

經(jīng)濟型可穿戴光學式血糖監(jiān)測所面臨的主要挑戰(zhàn)包括微型化以及在近紅外光譜中濾除水吸收峰并捕捉葡萄糖信號。從本質(zhì)上說，要準確區(qū)分血液中的水和葡萄糖幾乎是不可能的，但隨著皇家墨爾本理工大學研究人員的發(fā)現(xiàn)，這一現(xiàn)狀有望改觀。

帶紐扣電池和藍牙功能的近紅外光學式葡萄糖傳感器

該研究成果已經(jīng)以“Miniaturized Optical Glucose Sensor Using 1600–1700 nm Near-Infrared Light”為題發(fā)表于Advanced Sensor Research期刊，在這項研究中，研究小組首次發(fā)現(xiàn)了葡萄糖可在水和生物環(huán)境中被高靈敏、選擇性識別的四個紅外特征峰。該研究小組希望與學術(shù)界和工業(yè)界的合作伙伴一起進行下一步開發(fā)，并進行臨床前和臨床研究。這為開發(fā)可穿戴光學式葡萄糖傳感器開辟了新可能。

在本項研究中，研究人員首先使用近紅外光譜分析了六種不同濃度葡萄糖溶液的透射率變化，發(fā)現(xiàn)葡萄糖信息的四個特征峰出現(xiàn)在1605 nm、1706 nm、2145 nm和2275 nm波長?；诖?，研究人員設計并制造了一種用于水溶液葡萄糖檢測的微型光學式葡萄糖傳感器（35 mm x 45 mm）。這種創(chuàng)新型光學式葡萄糖傳感器可以實時運行，具有葡萄糖特異性讀取能力和高精確度。

近紅外光學式葡萄糖傳感器分解圖

該微型葡萄糖傳感器支持藍牙和紐扣電池供電，可進行連續(xù)血糖監(jiān)測。這種小型傳感器已經(jīng)證明，它可以檢測人體血漿中50~400 mg/dL的血糖濃度，其檢測限（LOD，10 mg/dL）和靈敏度與大型實驗室傳感器相當。有朝一日，這種尺寸小巧的傳感器可被集成到智能手表及其它無痛可穿戴健康追蹤器中。

該論文第一作者、皇家墨爾本理工大學博士生Mingjie Yang說：“到目前為止，就葡萄糖的獨特光譜特征，業(yè)界還沒有達成共識，這主要是因為近紅外光譜中用于葡萄糖檢測的O-H鍵在水中也很豐富。這種相似性使得區(qū)分葡萄糖和水信號具有挑戰(zhàn)性，尤其是在復雜的生物液體和組織中?！?/p>

他補充說：“我們優(yōu)化了光譜設置并分析了透射率，以確定葡萄糖的獨特峰值。我們的發(fā)現(xiàn)最終為推進微型光學式葡萄糖傳感器提供了必要的信息，我們已經(jīng)開發(fā)出了一個原型器件，為未來的無創(chuàng)血糖監(jiān)測奠定了基礎(chǔ)?！?/p>

該傳感器的原型采用了表面貼裝發(fā)光二極管（SMD LED），以及采用激光圖案化技術(shù)開發(fā)的薄膜銅涂層聚酰亞胺（厚度僅為110 μm）制成的電路。該傳感器采用毫米級輕量化設計，比傳統(tǒng)臺式分光光度計更加緊湊。此外，靈活的貼片式設計，還為未來的可穿戴設備在人體皮膚上直接讀取數(shù)據(jù)提供了可能。

研究人員利用葡萄糖水溶液和血漿對該傳感器的性能進行了嚴格評估。對光-皮膚干擾進行的計算分析揭示了SMD LED是如何穿透皮膚的。仿真結(jié)果表明，未來在臨床中探索光學式葡萄糖傳感技術(shù)大有可為。

TMOS首席研究員Madhu Bhaskaran說：“光學式葡萄糖傳感器的非侵入性能夠提高患者的依從性，減少不適感，并降低與侵入性血糖監(jiān)測相關(guān)的感染風險。找到合適的合作伙伴以及資金支持，該研究成果有望實現(xiàn)連續(xù)、無痛血糖監(jiān)測的重要變革?！?/p>

皇家墨爾本理工大學已就該團隊開發(fā)的光學式葡萄糖傳感器提交了專利申請。

審核編輯：劉清