研究人員設計制造一種基于生物阻抗譜的無電池植入式葡萄糖傳感器

糖尿?。―M）是一種以高血糖和新陳代謝改變?yōu)樘卣鞯穆约膊?。全球范圍?nèi)，患有糖尿病的人數(shù)一直在持續(xù)增加，根據(jù)世界衛(wèi)生組織（WHO）統(tǒng)計，2020年全球約有4.22億人患有糖尿病。糖尿病被認為是第七大致死病因，改善治療方法和控制血糖（BG）對于提高患者生活質(zhì)量和預期壽命至關重要。近些來年，無需采血的精確連續(xù)血糖監(jiān)測（CGM）技術徹底改變了糖尿病的管理。為了更好地提升患者生活質(zhì)量，還需要繼續(xù)研究開發(fā)能夠在更長時間內(nèi)進行血糖監(jiān)測的新方法。

據(jù)麥姆斯咨詢報道，近期，瑞典皇家理工學院（KTH Royal Institute of Technology）等機構的研究人員提出一種基于電化學阻抗譜的血糖監(jiān)測方法，研制出一種無電池植入式葡萄糖傳感器，并通過實驗證明了該設備用于準確評估血糖的潛在可行性。相關研究成果以“A battery-less implantable glucose sensor based on electrical impedance spectroscopy”為題發(fā)表在Scientific Reports期刊上。

在這項研究工作中，研究人員設計制造了一種基于生物阻抗譜的無電池植入式葡萄糖傳感器，并將其植入豬體內(nèi)進行研究。在豬術后14天恢復期后，研究人員對從豬靜脈葡萄糖耐量試驗（IVGTT）獲得的236個皮下生物阻抗測量值進行了分析，葡萄糖濃度范圍在77.4 ~ 523.8 mg/dL之間。結(jié)果表明，通過皮下生物阻抗測量評估的葡萄糖濃度與血糖參考值密切相關。整個研究過程中，豬的臨床健康狀況良好，尸檢結(jié)果也未發(fā)現(xiàn)與傳感器相關的不良反應跡象。葡萄糖傳感器的植入需要小手術。植入物由外部供電，原則上可以無限期使用。這些結(jié)果證明了生物阻抗技術未來用于連續(xù)血糖監(jiān)測的巨大潛力。

圖1 植入式生物阻抗譜系統(tǒng)

圖2 （A）在豬體內(nèi)植入葡萄糖傳感器；（B）將裝有閱讀器的帆布袋縫在豬背部；（C）傳感器在皮下所處位置及其移除

圖3 （A）隨時間測量的幅度譜和（B）測量的相位譜示例；（C）豬IVGTT期間血糖曲線示例；（D）基于生物阻抗測量評估的血糖值與參考血糖值

這項研究表明，植入皮下的生物阻抗傳感器評估的血糖值與從商業(yè)血糖儀獲得的參考血糖值密切相關，證明了生物阻抗技術未來用于連續(xù)血糖監(jiān)測的潛力。這項研究所提出的基于生物阻抗的植入式葡萄糖傳感器有兩個主要優(yōu)點：其裝置組件不會隨時間推移而發(fā)生顯著退化，同時也不需要更換電池。原則上，這意味著只需要一個植入式傳感器即可對患者進行終生的葡萄糖監(jiān)測。然而，目前，仍有一些問題有待解決。

首先，血糖濃度變化產(chǎn)生阻抗變化的潛在生理機制還不明確。未來應著眼于研究組織特性變化與血糖水平相關的特定生理過程。了解這些機制將提高使用電化學阻抗譜評估葡萄糖的準確性和可靠性。其次，該植入式設備的長期使用安全性有待驗證。該設備基于經(jīng)過檢驗的生物相容性材料，在目前開展的實驗中（最長44天），豬沒有出現(xiàn)任何不良反應，但潛在的不良反應還需要更長時間去驗證。第三，日?；顒邮欠駮ζ咸烟莻鞲衅髟斐捎绊?，以及生物阻抗測量是否會隨時間變化有待研究。已知電極系統(tǒng)的移動會干擾電化學阻抗測量。因此，周圍組織和傳感器表面之間的良好粘附至關重要。第四，該生物阻抗方法是否需要借助其他儀器進行頻繁校準？未來需要研究該設備隨時間推移的性能變化，并與市售連續(xù)血糖監(jiān)測設備的參考血糖值進行對比，以確定必要的校準頻率。最后，植入物的大小是否適用于人類使用？目前所提出的概念驗證原型比較大，可能不適合人類植入。通過最小化其組件的體積，傳感器的進一步小型化有望實現(xiàn)。

審核編輯：彭菁