一直以来，糖尿病患者都需要依靠指尖采血或贴敷微针来测量并管理血糖水平。除了疼痛之外，这些方法还会带来瘙痒、发炎和感染等副作用。
据麦姆斯咨询介绍，澳大利亚变革性超构光学系统卓越研究中心（TMOS）的研究人员在连续无创血糖监测方向又迈出了重要一步。其澳大利亚皇家墨尔本理工大学（RMIT University）的研究小组在葡萄糖红外吸收特征方面有了新发现，并利用这一发现成功开发出了一种直径仅为5 mm的微型光学传感器，未来有望应用于连续无创血糖监测，服务于病患的糖尿病管理。
研究人员开发的近红外光学式连续血糖监测传感器
近三十年来，无创血糖监测技术凭借其无痛、连续监测等优势一直是各界关注的焦点。光学式血糖监测技术已有报道，但这些技术往往需要使用实验室中常见的复杂光学仪器，因此不适合患者日常使用。
经济型可穿戴光学式血糖监测所面临的主要挑战包括微型化以及在近红外光谱中滤除水吸收峰并捕捉葡萄糖信号。从本质上说，要准确区分血液中的水和葡萄糖几乎是不可能的，但随着皇家墨尔本理工大学研究人员的发现，这一现状有望改观。
带纽扣电池和蓝牙功能的近红外光学式葡萄糖传感器
该研究成果已经以“Miniaturized Optical Glucose Sensor Using 1600–1700 nm Near-Infrared Light”为题发表于Advanced Sensor Research期刊，在这项研究中，研究小组首次发现了葡萄糖可在水和生物环境中被高灵敏、选择性识别的四个红外特征峰。该研究小组希望与学术界和工业界的合作伙伴一起进行下一步开发，并进行临床前和临床研究。这为开发可穿戴光学式葡萄糖传感器开辟了新可能。
在本项研究中，研究人员首先使用近红外光谱分析了六种不同浓度葡萄糖溶液的透射率变化，发现葡萄糖信息的四个特征峰出现在1605 nm、1706 nm、2145 nm和2275 nm波长。基于此，研究人员设计并制造了一种用于水溶液葡萄糖检测的微型光学式葡萄糖传感器（35 mm x 45 mm）。这种创新型光学式葡萄糖传感器可以实时运行，具有葡萄糖特异性读取能力和高精确度。
近红外光学式葡萄糖传感器分解图
该微型葡萄糖传感器支持蓝牙和纽扣电池供电，可进行连续血糖监测。这种小型传感器已经证明，它可以检测人体血浆中50~400 mg/dL的血糖浓度，其检测限（LOD，10 mg/dL）和灵敏度与大型实验室传感器相当。有朝一日，这种尺寸小巧的传感器可被集成到智能手表及其它无痛可穿戴健康追踪器中。
该论文第一作者、皇家墨尔本理工大学博士生Mingjie Yang说：“到目前为止，就葡萄糖的独特光谱特征，业界还没有达成共识，这主要是因为近红外光谱中用于葡萄糖检测的O-H键在水中也很丰富。这种相似性使得区分葡萄糖和水信号具有挑战性，尤其是在复杂的生物液体和组织中。”
他补充说：“我们优化了光谱设置并分析了透射率，以确定葡萄糖的独特峰值。我们的发现最终为推进微型光学式葡萄糖传感器提供了必要的信息，我们已经开发出了一个原型器件，为未来的无创血糖监测奠定了基础。”
TMOS和皇家墨尔本理工大学研究人员Madhu Bhaskaran教授、Mingie Yang和Shanmuga Sundar Dhanabalan博士
该传感器的原型采用了表面贴装发光二极管（SMD LED），以及采用激光图案化技术开发的薄膜铜涂层聚酰亚胺（厚度仅为110 μm）制成的电路。该传感器采用毫米级轻量化设计，比传统台式分光光度计更加紧凑。此外，灵活的贴片式设计，还为未来的可穿戴设备在人体皮肤上直接读取数据提供了可能。
研究人员利用葡萄糖水溶液和血浆对该传感器的性能进行了严格评估。对光-皮肤干扰进行的计算分析揭示了SMD LED是如何穿透皮肤的。仿真结果表明，未来在临床中探索光学式葡萄糖传感技术大有可为。
TMOS首席研究员Madhu Bhaskaran说：“光学式葡萄糖传感器的非侵入性能够提高患者的依从性，减少不适感，并降低与侵入性血糖监测相关的感染风险。找到合适的合作伙伴以及资金支持，该研究成果有望实现连续、无痛血糖监测的重要变革。”
皇家墨尔本理工大学已就该团队开发的光学式葡萄糖传感器提交了专利申请。
延伸阅读：
《雅培辅理善瞬感持续血糖监测传感器产品分析》
《即时诊断应用的生物传感器技术及市场-2022版》
《糖尿病管理技术及市场-2022版》
