糖尿病已成為全球最主要的慢性疾病之一,而血糖監(jiān)測(cè)則是糖尿病管理的重要基礎(chǔ)。長(zhǎng)期以來(lái),傳統(tǒng)指尖采血雖然能夠提供較高的檢測(cè)準(zhǔn)確性,但反復(fù)采血不僅帶來(lái)疼痛和不適,也影響患者長(zhǎng)期堅(jiān)持監(jiān)測(cè)的依從性。近年來(lái),連續(xù)葡萄糖監(jiān)測(cè)(CGM)技術(shù)快速發(fā)展,但植入式傳感器仍屬于侵入式檢測(cè)方式,存在成本較高、需要定期更換以及長(zhǎng)期佩戴體驗(yàn)等問(wèn)題。因此,開(kāi)發(fā)一種快速、準(zhǔn)確、無(wú)創(chuàng)且便攜的血糖檢測(cè)技術(shù),成為全球生物傳感領(lǐng)域的重要研究方向。汗液因采集方便、無(wú)創(chuàng)且與人體血糖水平具有良好的相關(guān)性,被認(rèn)為是最具應(yīng)用潛力的生物體液之一。然而,汗液中的葡萄糖濃度遠(yuǎn)低于血液,同時(shí)汗液成分復(fù)雜、背景干擾嚴(yán)重,如何實(shí)現(xiàn)高靈敏度、高選擇性的汗糖檢測(cè),一直是限制無(wú)創(chuàng)血糖監(jiān)測(cè)產(chǎn)業(yè)化發(fā)展的關(guān)鍵技術(shù)挑戰(zhàn)。據(jù)麥姆斯咨詢介紹,近日,北京郵電大學(xué)與中央民族大學(xué)的聯(lián)合研究團(tuán)隊(duì)提出了一種近紅外(NIR)上轉(zhuǎn)換熒光微流控汗液葡萄糖傳感器。該系統(tǒng)將微流控芯片、非酶葡萄糖識(shí)別、上轉(zhuǎn)換熒光材料以及智能手機(jī)圖像分析技術(shù)有機(jī)結(jié)合,實(shí)現(xiàn)了汗液的快速采集、自動(dòng)檢測(cè)和結(jié)果讀取,為新一代便攜式無(wú)創(chuàng)血糖監(jiān)測(cè)提供了一種新方案。相關(guān)研究成果已經(jīng)以“Non-enzymatic near-infrared up-conversion fluorescent microfluidic sensor integrated with smartphone platform for rapid sweat glucose detection”為題發(fā)表于近期的Microchimica Acta期刊。圖1 近紅外上轉(zhuǎn)換熒光微流控汗液葡萄糖傳感器的結(jié)構(gòu)示意圖非酶近紅外激發(fā)上轉(zhuǎn)換熒光傳感與傳統(tǒng)酶法葡萄糖檢測(cè)不同,該研究采用非酶識(shí)別策略,避免了酶活性易受溫度、濕度及長(zhǎng)期儲(chǔ)存影響的問(wèn)題,大幅提升了傳感器的穩(wěn)定性和使用壽命。同時(shí),研究團(tuán)隊(duì)引入近紅外激發(fā)上轉(zhuǎn)換熒光技術(shù),通過(guò)808 nm近紅外光激發(fā)上轉(zhuǎn)換納米顆粒,使其發(fā)射470 nm藍(lán)色熒光,再利用葡萄糖敏感探針實(shí)現(xiàn)熒光信號(hào)變化檢測(cè)。這種設(shè)計(jì)不僅有效降低了樣品背景熒光干擾,還提高了檢測(cè)信噪比,為低濃度汗液葡萄糖檢測(cè)提供了可靠保障。圖2 非酶葡萄糖探針和上轉(zhuǎn)換納米顆粒的表征整個(gè)傳感器基于一枚微流控芯片,芯片內(nèi)部設(shè)計(jì)了四個(gè)獨(dú)立微流控腔室,每個(gè)腔室均采用雙層功能膜結(jié)構(gòu):上層為聚氨酯基底與非酶葡萄糖識(shí)別探針組成的傳感層,下層則由PMMA基底和上轉(zhuǎn)換納米顆粒構(gòu)成光轉(zhuǎn)換層。當(dāng)汗液進(jìn)入芯片后,葡萄糖首先與識(shí)別探針發(fā)生反應(yīng),同時(shí)下層材料在近紅外光照射下發(fā)出穩(wěn)定熒光,兩者共同形成可被智能手機(jī)攝像頭采集的熒光信號(hào),由此實(shí)現(xiàn)汗液葡萄糖濃度的快速分析。微流控結(jié)構(gòu)在整個(gè)系統(tǒng)中發(fā)揮了重要作用。芯片能夠自動(dòng)完成汗液采集、運(yùn)輸、分配和反應(yīng),不僅減少了樣品消耗,也避免了人為操作誤差,提高了檢測(cè)重復(fù)性。同時(shí),多腔室設(shè)計(jì)還能增強(qiáng)檢測(cè)穩(wěn)定性,為未來(lái)實(shí)現(xiàn)多指標(biāo)同步檢測(cè)預(yù)留了擴(kuò)展空間。為了驗(yàn)證傳感器性能,研究人員系統(tǒng)評(píng)估了其靈敏度、響應(yīng)速度、穩(wěn)定性及抗干擾能力。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明,該傳感器最快可在15秒內(nèi)完成葡萄糖檢測(cè),檢測(cè)限低至20 μmol/L,能夠滿足汗液中低濃度葡萄糖的檢測(cè)需求。由于采用非酶識(shí)別機(jī)制,傳感器具有優(yōu)異的長(zhǎng)期穩(wěn)定性和良好的選擇性,對(duì)復(fù)雜汗液環(huán)境中的背景干擾具有較強(qiáng)的抵抗能力。研究團(tuán)隊(duì)進(jìn)一步開(kāi)展了人體實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證。他們分別采集志愿者餐前和餐后汗液樣本,并利用所開(kāi)發(fā)的微流控傳感器進(jìn)行檢測(cè),同時(shí)采用商業(yè)血糖儀測(cè)量對(duì)應(yīng)血糖水平。結(jié)果顯示,兩者變化趨勢(shì)具有良好一致性,證明該系統(tǒng)能夠較準(zhǔn)確地反映人體葡萄糖濃度變化,為汗液替代血液進(jìn)行無(wú)創(chuàng)血糖監(jiān)測(cè)提供了實(shí)驗(yàn)依據(jù)。值得關(guān)注的是,該系統(tǒng)充分利用智能手機(jī)作為檢測(cè)終端。用戶無(wú)需配備大型光學(xué)檢測(cè)設(shè)備,僅需利用手機(jī)攝像頭采集熒光圖像,再結(jié)合圖像處理算法即可完成葡萄糖濃度分析,大幅降低了檢測(cè)成本,提高了系統(tǒng)便攜性,也為居家健康管理、基層醫(yī)療和遠(yuǎn)程醫(yī)療提供了新的技術(shù)支撐。總結(jié)而言,該原型系統(tǒng)展示了集微流控芯片、非酶熒光傳感、上轉(zhuǎn)換納米材料和智能手機(jī)檢測(cè)于一體的可行性。未來(lái),通過(guò)進(jìn)一步優(yōu)化微流控結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、提升熒光探針靈敏度,并結(jié)合人工智能(AI)圖像識(shí)別算法和可穿戴設(shè)備,有望實(shí)現(xiàn)連續(xù)、實(shí)時(shí)、無(wú)創(chuàng)的汗液代謝監(jiān)測(cè),為糖尿病患者日常血糖管理以及個(gè)性化健康監(jiān)測(cè)提供更加智能、便捷的解決方案。https://doi.org/10.1007/s00604-026-08269-z《蘋(píng)果在無(wú)創(chuàng)血糖監(jiān)測(cè)領(lǐng)域的發(fā)明專(zhuān)利與產(chǎn)業(yè)布局分析》
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