微型设备让糖尿病患者安心

第一个血糖自我监测系统创建于 1970 年，重 3 磅，最初是为医生办公室设计的，需要大量血液才能读数。50 多年后，德克萨斯 A&M 大学的研究人员正在致力于创建一种完全可注射的连续血糖监测仪 (CGM)，其体积小到可以与一粒米相媲美，并且可以与外部光学读取器一起使用，以在任何给定时间测量血糖水平。

虽然 CGM 在过去 25 年里取得了进步，但当前的型号仍然会给用户带来麻烦，并且所需的维护可能会阻碍使用。为了解决这个问题，生物医学工程系的两名教职人员获得了国家科学基金会 (NSF) 的拨款，以资助一个多学科项目，以开发可注射的米粒大小的葡萄糖生物传感器和可穿戴设备，使用户能够，微创连续监测。

联合首席研究员兼摄政教授杰拉德·科特 (Gerard Coté) 博士表示：“连续血糖监测仪在市面上有售，但大多数都是留置式的，这意味着皮肤中有一根针与手臂上的贴片相连。” “有一种 CGM 是完全可植入的，但它比我们的大得多，需要医生通过手术切开它来植入它。”

NSF 拨款得到了生物传感项目的支持，该项目是 NSF 化学、生物工程、环境和运输系统 (CBET) 部门工程生物学和健康集群的一部分。该部门旨在支持这些领域的开拓性研究和教育。

使用自发荧光读取血糖

Coté 和他的实验室正在设计注入传感器的化学成分并开发手表式读取器设备。传感器被放置在皮下，并使用来自类似手表的设备的光进行分析，以确定葡萄糖浓度。阅读器将信号发送到手机，患者可以与他们的医疗服务提供者分享结果。

“可注射传感器中的化学测定用于确定组织内葡萄糖的浓度，手表设备发送光并测量传感器发出的荧光以给出糖浓度，”科特说。

除了其独特的尺寸和可注射性之外，传感器和可穿戴读取器还采用光学传感技术，解决了与深色肤色人群的生物传感相关的挑战。

“我们使用的化学物质具有在红色和红外范围内发射的荧光颜色，而不是绿光，这对于较深的肤色更有效，”科特说。

保护传感器

联合首席研究员梅丽莎·格伦兰 (Melissa Grunlan) 博士(查尔斯·H. 和贝蒂·巴克莱 (Bettie Barclay) 工程学教授)正在与她的实验室合作，将传感化学物质包裹在膜中，使其在体内更兼容。

“当你植入一些东西时，身体会想，‘这不属于这里’，并试图将其密封起来，”格伦兰说。“当这种情况发生时，传感器就无法工作，因为没有葡萄糖进入其中。我们的膜是一种水凝胶，类似于隐形眼镜所用的材料，但这是一种具有热响应性的特殊水凝胶。”

热响应性质使传感器能够巧妙地放置在体内。表面主动膨胀和收缩，足以防止细胞和蛋白质粘附在传感器上并在其周围形成阻塞性疤痕组织。

Grunlan 和 Coté 最近获得了一项关于膜技术的专利，并正在考虑将其用于不同的设备，特别是维持医疗设备的使用寿命。

格伦兰说：“这种膜可以应用于容易在体内发生粘附过程的各种设备。” “它可以用在导管上，通过防止蛋白质、细胞和生物体的积累来预防血栓形成和感染。”

生物医学工程多学科研究

该项目汇集了 Coté 的生物传感专业知识和 Grunlan 的生物材料专业知识之间近二十年的研究和合作。

“作为一个具有互补专业知识的团队合作是开发此类复杂技术的关键，”科特说。“能够与 Grunlan 博士这样的专家合作设计和开发生物相容性材料，并带来我们在光学生物传感器设计方面的经验是必要的，这给了我们成功的希望。”

尽管这笔赠款是新资金，但 Grunlan 和 Coté 已经为项目的这一阶段做准备了一段时间，并对设备的结果充满信心。

“博士。科特和我过去一起进行了广泛的研究，促成了这项研究和这项特殊的资助，”格伦兰说。“我们已经做了一些临床前研究来评估膜的生物相容性。他在传感化学的开发方面做了大量的工作。这笔赠款的好处在于我们现在可以证明我们的想法，而且我们处于非常有利的位置来做到这一点。”

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