據麥姆斯咨詢報道，近日，印度Siksha ‘O’ Anusandhan大學和英國雷丁大學（University of Reading）的研究人員組成的團隊在scientific reports期刊上發表了題為“Experimental and probabilistic model validation of ultrasonic MEMS transceiver for blood glucose sensing”的論文，提出了一種基于超聲MEMS收發器和RVM概率模型的血糖傳感系統，這種低成本系統可以根據需要定期測量患者的血糖水平。該論文提出的系統可以檢測高達450mg/dl的血糖水平，其實驗結果與商用血糖儀讀數高度相關，在不久的將來，實驗模型的微型版本可能對人類社會有用。

圖1（a）血糖水平測量系統的流程圖；（b）采購的超聲收發器對（WZT40和WZR40）；（c）樣本夾具

慢性糖尿病，通常被稱為“糖尿病（DM）”，正呈指數級增長，預計到2030年，全球患者將超過5.52億，這是世界衛生組織（WHO）的預測。這導致20至70歲年齡組的死亡率升高。由于這一日益嚴重的事件，WHO已將糖尿病宣布為世界流行病。預計到2030年，全球每年用于糖尿病管理的醫療保健支出將從3760億美元增加到4900億美元。定期監測血糖并維持身體血糖水平是預防糖尿病的有效措施。為此，有必要設計/制造成本低、制造工藝簡單、連續監測且穩定的最佳血糖監測系統。

商用的無創或微創血糖儀通常從血液樣本中測量葡萄糖水平。由于測試條成本高，這些方法很昂貴，而且每次刺入指尖以采集血液樣本時使人疼痛。目前人們正在研究無創血糖儀，以實現持續的無痛測量。目前的無創血糖監測方法有熒光法、經皮提取法、電磁變化法、旋光法和光譜法等。這些方法的精度、成本以及簡便性，是需要考慮的主要因素。現有的商用血糖儀（BGM）的精度達到96%。為了獲得更高的精度，人們正在研究新的測量方法。這些方法大多基于無創系統。

全球眾多開發和研究人員的目標是研發無創血糖監測技術，以改善數百萬糖尿病患者的生活。然而，要使這些技術像常規血糖測試條一樣精確是一項挑戰。

研究人員嘗試了使用可見光、近紅外（NIR）和中紅外（MIR）的光學技術以及非光學技術測量血糖濃度。然而，散射現象和較低帶寬與血液中葡萄糖的相關性較差。同時，中紅外的基本限制是它只能在反射模式下使用，因為它在人體組織中的穿透深度有限，所以無法估計血管中的葡萄糖濃度。光的大量散射和其他生理因素限制了光學旋光法在皮膚血糖測量中的應用。

微波器件，特別是平面諧振器件，具有一些優點，例如制造和集成簡單、尺寸小、成本低、令人感興趣的穿透深度，特別是對于具有最小組織散射的無創測量。在0.64至18.63 GHz的工作頻率范圍內，研究人員深入研究了基于平面諧振的測量的基本原理和便利性，并設計了基于葡萄糖傳感的3D可打印GHz范圍的器件。

然而，如果長時間連續使用GHz量級高頻的無創方式檢測血糖，則會對組織造成損害。為此，在本文的研究工作中，作者們選擇了kHz量級的低頻范圍。本文的研究工作在40kHz超聲MEMS收發器上進行血糖傳感。超聲技術被用作微波技術的替代品。WZT40和WZR40收發器對是從electronics-store4u采購的低功率單向超聲收發器，在40 kHz正弦波下的靈敏度為?63±?3 dB。目前研究的重點是設計一種方便無痛的血糖測量設備。但所有設備都處于研發階段，包括臨床試驗在內的整改工作仍在持續進行中。

胰島素抵抗與血清白蛋白水平升高有關。然而，血清白蛋白本身對糖尿病的發展沒有影響。盡管尿液中含有極低含量的蛋白質是正常的，但白蛋白高含量是慢性腎臟病（CKD）的眾多標志之一，慢性腎臟病是1型和2型糖尿病的常見后果。此前，作者所在團隊提出了基于各種生物友好型壓電材料的基于超聲原理的MEMS血糖傳感器。在進行實驗實踐之前，他們使用領先的壓電材料進行模擬，以測試原理的可靠性。基于壓電材料的收發器用于產生和接收通過血液樣本介質的定向超聲波。利用商用血糖儀（CBGM），所接收的信號在模擬環境中測量血液介質的葡萄糖水平，精度達到99%。

在本文中，為了測量血液介質中的葡萄糖水平，作者們提出了一種基于超聲MEMS收發器和RVM概率模型的系統。這種低成本系統可以根據需要定期測量患者的血糖水平。超聲收發器由工作頻率為40 kHz和電壓為1.6 V的頻率發生器供電，葡萄糖水平的變化會影響超聲收發器的讀數。RVM概率模型用于確定血液樣本中葡萄糖水平的變化。他們同時使用商用血糖儀測量血糖水平以對系統進行驗證。該論文提出的基于超聲MEMS的血糖儀測量的血糖水平為257±21 mg/dl，并且實驗結果與商用血糖儀讀數高度相關，在不久的將來，實驗模型的微型版本可能對人類社會有用。

圖2 基于RVM的預測分析示意圖

圖3 血糖測量結果：（A）Accu-ckeck Aviva商用血糖儀（259.23±109.37 mg/dl）；（B）該論文提出的血糖儀（257.23±131.33 mg/dl）

審核編輯：郭婷