韓國科研人員研制出基于熒光的生物可降解微針葡萄糖傳感器陣列

為了克服以前所開發的連續血糖監測系統的局限性，韓國延世大學（Yonsei University）的研究人員提出了一種基于熒光的微創生物可吸收微針傳感陣列。該微針葡萄糖傳感器結構簡單，由2 層組成：一層是絲制的微針層，該微針層含有葡萄糖響應熒光單體，可以根據血糖水平發出熒光；另一層為聚乙烯醇（PVA）背封層，用于固定針頭并便于插入皮膚。含有熒光物質的微針傳感器的熒光強度可以根據組織液中的葡萄糖濃度而變化，也就是說，該微針傳感器在低血糖水平時表現出低熒光強度，在高血糖水平時表現出高熒光強度。2023 年5 月31 日，相關研究成果 以“Fluorescent-based biodegradable microneedle sensor array for tetherfree continuous glucose monitoring with smartphone application”為題發表 在Science Advances（Vol. 9, Issue 22） 期刊上。

為了證實生物可降解的微針血糖傳感器可以連續測量活體組織中的血糖水平，研究人員用小鼠進行了體內實驗。研究結果顯示，在所有的實驗中，生物可降解的微針血糖傳感器皆成功地監測了小鼠的血糖水平。此外，該微針血糖傳感器不僅可以應用于實驗室中的小鼠，還可以通過定制模具來調整微針的大小、長度和陣列數量，從而應用于人體。并且，使用者在使用生物可降解的微針血糖傳感器期間和之后都可以自由活動，使用后也可以正常生活，沒有任何副作用。

為了證明該生物可降解微針傳感裝置在日常生活中的實際可用性，研究人員開發了一款用戶友好的家庭診斷系統。該系統使用生物可降解的微針傳感器和智能手機，使連續血糖監測系統處于可自由移動狀態。可連接到智能手機攝像頭的外部附屬設備提供了一個405 nm 波長的發光二極管（LED）陣列作為光源，用于激活葡萄糖響應熒光單體的熒光，以及一個450 nm 波長的光學長通濾光片，用于去除可能被攝像頭鏡頭接收的不需要的405 nm 波長的光。此外，定制開發的智能手機應用程序（App）允許用戶直觀地操作各種功能，例如拍照、裁剪圖像、分析圖像數據以測量血糖水平，并繪制測量數據，以便他們可以輕松識別自己的狀態。

綜上，研究人員開發的基于生物可降解微針傳感器的突破性血糖監測系統克服了以往測量方法的缺點，例如不舒適、疼痛、創傷、依賴手術、成本高、過程復雜、無法進行連續血糖監測以及使用時間短等。因此，本研究開發的系統可以完全取代傳統的血糖監測方法，使糖尿病患者可以方便、準確地預防低血糖或高血糖以及由此引發的其他并發癥。此外，該研究開發的生物可降解微針陣列裝置可以裝載胰島素等藥物。因此，其很有可能擴展為下一代融合生物系統，從而同時實現葡萄糖相關疾病的監測和治療。