連續血糖監測（CGM）在實時跟蹤血糖水平中發揮著至關重要的作用，并且可以為有效預防低血糖或高血糖發作引起的糖尿病并發癥提供關鍵信息。然而，盡管商用連續血糖監測裝置已經取得了相當大的進展，但仍然迫切需要開發用戶友好、微創的連續血糖監測裝置。微針型裝置具有監測體內葡萄糖水平的潛力，并且其輕薄和小尺寸的特點使得其具有最小的侵入性。此外，與傳統的皮膚貼附式可穿戴裝置不同，包含微型針頭的裝置可以固定在皮膚上，因此，它們運行穩定，不會在活動中脫落。

據麥姆斯咨詢報道，為了克服以前所開發的連續血糖監測系統的局限性，來自韓國延世大學（Yonsei University）的研究人員提出了一種基于熒光的微創生物可吸收微針傳感陣列。該微針葡萄糖傳感器結構簡單，由兩層組成：一層是絲制的微針層，該微針層含有葡萄糖響應熒光單體，可以根據血糖水平發出熒光；另一層為聚乙烯醇（PVA）背封層，用于固定針頭并便于插入皮膚。含有熒光物質的微針傳感器的熒光強度可以根據組織液中的葡萄糖濃度而變化，也就是說，該微針傳感器在低血糖水平時表現出低熒光強度，在高血糖水平時表現出高熒光強度。相關研究成果近期以“Fluorescent-based biodegradable microneedle sensor array for tether-freecontinuous glucose monitoring with smartphone application”為題發表在Science Advances期刊上。

圖1 用于連續血糖監測（CGM）的生物可降解微針陣列傳感器

如圖1所示，雖然用于連續血糖監測的生物可降解微針傳感器的工作方法和原理非常簡單直觀，但它是一個功能強大的系統。利用該微針傳感器，用戶可以在不需要外部無線通信設備或連接線的情況下，隨時隨地監測血糖水平。此外，該基于微針陣列的血糖監測傳感器在使用后可以完全溶解并從體內消失，從而無需額外的手術。同時，其生物相容性和生物可降解的特點使其可以應用于胰島素等藥物裝載和藥物輸送，也可以用于血糖監測，具有很高的研究和臨床價值。

為了證實生物可降解的微針血糖傳感器可以連續測量活體組織中的血糖水平，研究人員用小鼠進行了體內實驗。研究結果顯示，在所有的實驗中，生物可降解的微針血糖傳感器皆成功地監測了小鼠的血糖水平。此外，該微針血糖傳感器不僅可以應用于實驗室中的小鼠，還可以通過定制模具來調整微針的大小、長度和陣列數量，從而應用于人體。并且，使用者在使用生物可降解的微針血糖傳感器期間和之后都可以自由活動，使用后也可以正常生活，沒有任何副作用。

圖2 利用生物可降解微針傳感器進行體內連續血糖監測（CGM）

最后，為了證明該生物可降解微針傳感裝置在日常生活中的實際可用性，研究人員開發了一款用戶友好的家庭診斷系統。該系統使用生物可降解的微針傳感器和智能手機，使連續血糖監測系統處于可自由移動狀態。可連接到智能手機攝像頭的外部附屬設備提供了一個405 nm波長的發光二極管（LED）陣列作為光源，用于激活葡萄糖響應熒光單體的熒光，以及一個450 nm波長的光學長通濾光片，用于去除可能被攝像頭鏡頭接收的不需要的405 nm波長的光。此外，定制開發的智能手機應用程序（App）允許用戶直觀地操作各種功能，例如拍照、裁剪圖像、分析圖像數據以測量血糖水平，并繪制測量數據，以便他們可以輕松識別自己的狀態。

由于熒光數據會受到各種因素的影響，例如手機攝像頭角度或攝像頭與微針傳感器之間的距離，因此需要將數據變異性最小化。為了解決這個問題，用戶可以通過從不同角度重復測量來校準熒光圖像數據。通過對多個角度的圖像數據進行平均，可以減少數據的波動性，進而提高數據可靠性。如圖3C所示，經驗證，該家庭診斷系統重復測量的校準數據（四次）可以實現以15至20分鐘的時間延遲來有效跟蹤血糖水平。

圖3 操作人性化的家庭診斷系統

綜上所述，研究人員開發的基于生物可降解微針傳感器的突破性血糖監測系統克服了以往測量方法的缺點，例如不舒適、疼痛、創傷、依賴手術、成本高、過程復雜、無法進行連續血糖監測以及使用時間短等。因此，本研究開發的系統可以完全取代傳統的血糖監測方法，使糖尿病患者可以方便、準確地預防低血糖或高血糖以及由此引發的其它并發癥。此外，該研究開發的生物可降解微針陣列裝置可以裝載胰島素等藥物。因此，其很有可能擴展為下一代融合生物系統，從而同時實現葡萄糖相關疾病的監測和治療。

審核編輯：劉清