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韩国科研人员研制出基于荧光的生物可降解微针葡萄糖传感器阵列

2023-10-15

传感器世界 2023年7期
关键词:微针葡萄糖智能手机

为了克服以前所开发的连续血糖监测系统的局限性,韩国延世大学(Yonsei University)的研究人员提出了一种基于荧光的微创生物可吸收微针传感阵列。该微针葡萄糖传感器结构简单,由2 层组成:一层是丝制的微针层,该微针层含有葡萄糖响应荧光单体,可以根据血糖水平发出荧光;另一层为聚乙烯醇(PVA)背封层,用于固定针头并便于插入皮肤。含有荧光物质的微针传感器的荧光强度可以根据组织液中的葡萄糖浓度而变化,也就是说,该微针传感器在低血糖水平时表现出低荧光强度,在高血糖水平时表现出高荧光强度。2023 年5 月31 日,相关研究成果 以“Fluorescent-based biodegradable microneedle sensor array for tetherfree continuous glucose monitoring with smartphone application”为题发表 在Science Advances(Vol. 9, Issue 22) 期刊上。

为了证实生物可降解的微针血糖传感器可以连续测量活体组织中的血糖水平,研究人员用小鼠进行了体内实验。研究结果显示,在所有的实验中,生物可降解的微针血糖传感器皆成功地监测了小鼠的血糖水平。此外,该微针血糖传感器不仅可以应用于实验室中的小鼠,还可以通过定制模具来调整微针的大小、长度和阵列数量,从而应用于人体。并且,使用者在使用生物可降解的微针血糖传感器期间和之后都可以自由活动,使用后也可以正常生活,没有任何副作用。

为了证明该生物可降解微针传感装置在日常生活中的实际可用性,研究人员开发了一款用户友好的家庭诊断系统。该系统使用生物可降解的微针传感器和智能手机,使连续血糖监测系统处于可自由移动状态。可连接到智能手机摄像头的外部附属设备提供了一个405 nm 波长的发光二极管(LED)阵列作为光源,用于激活葡萄糖响应荧光单体的荧光,以及一个450 nm 波长的光学长通滤光片,用于去除可能被摄像头镜头接收的不需要的405 nm 波长的光。此外,定制开发的智能手机应用程序(App)允许用户直观地操作各种功能,例如拍照、裁剪图像、分析图像数据以测量血糖水平,并绘制测量数据,以便他们可以轻松识别自己的状态。

综上,研究人员开发的基于生物可降解微针传感器的突破性血糖监测系统克服了以往测量方法的缺点,例如不舒适、疼痛、创伤、依赖手术、成本高、过程复杂、无法进行连续血糖监测以及使用时间短等。因此,本研究开发的系统可以完全取代传统的血糖监测方法,使糖尿病患者可以方便、准确地预防低血糖或高血糖以及由此引发的其他并发症。此外,该研究开发的生物可降解微针阵列装置可以装载胰岛素等药物。因此,其很有可能扩展为下一代融合生物系统,从而同时实现葡萄糖相关疾病的监测和治疗。

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