清華新聞網12月22日電 12月20日，清華大學航天航空學院柔性電子技術研究中心馮雪課題組在《科學進展》（Science Advances）期刊上發表了題為《用於無創血糖監測的電化學雙通道類皮膚生物傳感系統》（「Skin-like biosensor system via electrochemical channels for noninvasive blood glucose monitoring」）的研究成果，在人體皮膚表面實現醫學意義上的無創血糖測量，並具有醫療級精度。該成果利用類皮膚柔性傳感技術建立了新的無創血糖測量醫學方法，為解決無創血糖動態連續監測提供了一條新途徑，為全球數以億計的糖尿病患者的治療與慢性疾病的管理帶來了福音。
該成果相關內容已經被《科學進展》媒體團隊（Science Advances Press Package Team）推薦給《紐約時報》《華爾街日報》《經濟學人》等國際知名媒體。12月21日，國際電氣與電子工程師協會（IEEE）的旗艦出版物《科技縱覽》（IEEE Spectrum）對該論文率先進行了專題報導，來自普渡大學和少年糖尿病研究基金會 （JDRF）糖尿病研究基金會的研究人員給予高度評價。
糖尿病已經成為威脅現代人健康和生命的重大慢性疾病。2015年全球共有超過4億糖尿病患者，中國糖尿病患者人數超1億，位居全球首位。通過「扎手指」取血測量血糖的方法具有疼痛感，影響糖尿病病人的生活質量和自我監測長期依從性，目前的無創連續血糖監測方法仍無法直接測量血液中葡萄糖，在準確性、便利性以及完全無創性等關鍵問題上仍未突破。
基於電化學雙通道的無創血糖測量方法示意圖和實驗圖。
馮雪課題組發展了基於力學-化學耦合原理的電化學雙通道無創血糖測量方法，利用可以與人體自然共型貼附的柔性電子器件，對皮膚表面施加不會引起皮膚不良反應的電場，通過離子導入的方式改變組織液滲透壓，調控血液與組織液滲透和重吸收平衡關係，驅使血管中的葡萄糖按照設計路徑主動、定向地滲流到皮膚表面，繼而通過只有3.8微米厚的超薄柔性生物傳感器件進行高精度測量。
為了實現皮膚表面的微量葡萄糖的精準測量，馮雪課題組結合多年的可延展柔性電子器件研究經驗，基於力學原理在1.2微米厚的薄膜上製備了具有四層功能層的類皮膚生物傳感器。通過製備器件表面微結構實現了納米級厚度的電子介體電化學沉積，利用基於液體表面張力和蒸發毛細力的仿生液滴轉印方法，將多層超薄生物傳感器從製備基底上無損地剝離下來，實現整體厚度只有3.8微米的類皮膚柔性生物傳感器的製備。該傳感器具有130.4μA/mM的葡萄糖測量靈敏度和對葡萄糖的高度選擇性，重複測量誤差<1%。
類皮膚生物傳感器及結構示意圖。
臨床實驗表明，基於該電化學雙通道無創測量原理與類皮膚生物傳感器的無創血糖測量系統，其對人體血糖濃度測量的結果與血糖儀及金標準靜脈血血糖濃度測量結果的相關度達到0.9以上，達到了醫療級監測和診斷的標準，具有巨大應用潛力。
另外，馮雪課題組關於超薄柔性類皮膚生物傳感器設計、製備和測試方法的研究成果在微電子國際頂級會議國際電子器件會議 （IEDM 2017）上發表並做邀請報告。國際電子器件會議在國際微電子領域具有權威的學術地位和廣泛的影響力，主要報導國際微電子器件領域的最新研究進展，是著名高校、研發機構和行業領軍企業報告其最新研究成果和技術突破的主要平臺。
清華大學航院、柔性電子技術研究中心博士生陳毅豪為文章第一作者，馮雪教授是論文通訊作者，參與該工作的還有中國人民解放軍空軍總醫院王新宴團隊。該研究工作得到了科技部973計劃項目、國家自然科學基金項目的資助。
論文連結：
http://advances.sciencemag.org/content/3/12/e1701629.full
供稿：航天航空學院 編輯：華山