2016年10月18日/
生物谷BIOON/--來自美國德州大學達拉斯分校的研究人員正在努力開發一種能夠通過一個人的皮膚汗液檢測葡萄糖水平的可穿戴式設備。
在一項新的研究中,德州大學達拉斯分校埃裡克-詹森工程與計算機科學學院(Erik Jonsson School of Engineering and Computer Science)生物工程教授Shalini Prasad博士和他的同事們證實他們設計的一種傳感器能夠可靠地定量檢測人汗液中的葡萄糖。相關研究結果將發表在2017年1月那期
Sensors and Actuators B: Chemical期刊上,論文標題為「Lancet-free and label-free diagnostics of glucose in sweat using Zinc Oxide based flexible bioelectronics」。
Prasad研究團隊之前已證實這種技術能夠檢測汗液中的皮質醇。
但是對
糖尿病患者和有
糖尿病風險的那些人而言,對血糖(血液中的葡萄糖)進行自我監控是管控他們的疾病狀態的一個重要部分。
Prasad說,「監控心率和步進計數的健身追蹤器是非常流行的,但是可穿戴的非侵入式生物傳感器對管理疾病是非常有益的。」
典型的家用血糖檢測儀需要獲得用戶的少量血液樣品,通常是通過手指刺破來獲得的,而且經常一天需要進行多次。然而,德州大學達拉斯分校開發的基於織物的傳感器檢測人皮膚表面上少量汗液中的葡萄糖。
Prasad說,「在我們的傳感器中,我們使用相同的整合到血糖測試條中的化學試劑和酶促反應。但是在我們的設計中,我們不得不應對在皮膚表面上較少數量的汗液。」
Prasad說,以汗液作為研究對象的研究人員經常使用一種被稱作離子電滲(iontophoresis)的過程,即施加一個穿過皮膚的電流產生足夠的汗液來開展檢測實驗。然而,這種方法能夠導致皮疹和皮膚灼傷,為此,Prasad和生物工程博士生Rujuta Munje尋求一種僅需少量汗液的替代方法。
他們將一種現成的基於聚合物的織物材料整合在他們的葡萄糖傳感器中,並且使用德州大學達拉斯分校的淨室設施製造電子元件。他們設計出的這種生物傳感器原型是一種小型的柔軟的大約長1英寸的杆狀設備。他們的設計僅需不少1微升的汗液,而且這種技術也以一種數字讀數的形式實時作出反應。
Prasad說,「在我們的設計中,我們利用了織物的已知性質。創新的地方在於我們整入和放置電極在這種織物表面上的方式,這種方式允許非常少量的汗液高效地穿過這種織物表面進行擴散。」
典型的血糖測試條也含有一種最終對在該測試條表面上發生的化學反應產生的信號進行放大以便在檢測儀上進行電子記錄的分子。Prasad說,不過如果使用破損的測試條,那麼這些分子是刺激性的,這是人們面臨的又一項挑戰。
為了確保如此少量的汗液會產生一種足夠強的信號,Prasad和Munje對這種織物材料的表面形貌進行修飾。
Prasad說,「我們的修飾允許這種材料捕獲有效地放大這種信號的葡萄糖氧化酶分子。我們這樣做的原因在於我們要考慮可能的商業化---為了實現這一點,我們需要一種並不複雜的製造過程。」
Prasad和Munje也能夠解釋一個人的汗液中的化學成分在一天內發生變化的事實。
Prasad說,「在監控時,葡萄糖是一種複雜的分子,這是因為其他的因素能夠幹擾信號。比如,視情況而定,汗液pH(或者說酸度)能夠變化非常大。」
她注意到當一個人鍛鍊或處於壓力時,他們汗液中的其他化合物(如皮質醇和乳酸)水平也會發生變化,而且它們能夠幹擾葡萄糖檢測。
Prasad說,「我們利用我們的技術證實我們解決了三種關鍵的問題:低水平的汗液、來自其他化合物的幹擾和pH波動。」
Prasad和Munje利用來自人汗液樣品測試了他們的生物傳感器原型。
儘管基於這種技術的消費產品仍然還需幾年,但是Prasad說,「在這一點上,我們正將這種傳感器作為日常使用和丟棄的某種東西,而且我們認為它可能能夠很容易地被整合到現存的消費性電子產品平臺當中。我們對這種技術的許可潛力感到興奮。」
來自德州大學達拉斯分校和其他地方的研究人員已在研究在其他體液---如尿液或淚液---中發現的葡萄糖是否可能被用來葡萄糖水平,這會進一步消除了侵入性血液獲取的需要。比如,Google公司正在開發一種旨在測量淚液中葡萄糖水平的隱形眼鏡。(生物谷 Bioon.com)
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doi:
10.1016/j.snb.2016.07.088