科学研究 - 用泪液发电测血糖值，戴隐形眼镜即可管理健康

目前，可以日常穿戴在身上测量血压和心率等的可穿戴传感器作为有效进行健康管理的工具备受期待。日本名古屋大学研究生院工程研究科的副教授新津葵一开发出了尺寸仅0.6毫米见方的血糖传感器，利用泪液中含有的极微量葡萄糖发电工作。

试制品中嵌入了全球最小的尺寸与铅笔尖差不多大的芯片，发电和传感等工作靠葡萄糖发电进行。

想保护身边的人免受疾病折磨

“看到身患糖尿病的祖母，感受到了健康管理的重要性。觉得自己研究的电路技术也许能在日常的健康管理中派上用场”。开发出这款全球最小尺寸的0.6毫米见方发电传感一体型血糖传感器的名古屋大学副教授新津葵一讲到。

患糖尿病后，因体内参与降低血糖值（表示血液中的葡萄糖含量的值）的激素——胰岛素无法分泌足够的量，或者无法充分发挥作用，血糖值会居高不下。因此，要想治疗和预防糖尿病，持续测量、观察和控制血糖值至关重要。目前常用的方法是用针刺指尖自己采血，但存在痛感且比较麻烦，因此最多只能几个小时测一次。

另一方面，近年来医学界指出了持续观察血糖值变化的重要性。因为间隔几个小时测一次的话会漏掉睡眠等过程中出现的高血糖和低血糖，而持续观察不仅可以避免这种情况，还能对照生活习惯了解什么时候血糖值会升高。例如，与先吃米饭再吃蔬菜相比，吃饭时先吃蔬菜再吃米饭血糖值不容易升高，这个知识就是通过持续监测发现的。

目标是减轻患者负担，实现持续监测

不过，持续监测并非易事。新津指出：“要想详细调查血糖值的变化，用于糖尿病的预防和治疗，最好每隔10～15分钟测量1次，但利用有痛感的传统方法难以实现。要想用于预防医疗，需要实现便利性和低价格”。

业界还开发出了可将细细的针型传感器刺入手臂或腹部固定，连续监测2周血糖值的装置。但日常使用的话价格过高。因此，新津着眼于泪液。

除血液外，尿液、唾液、汗液和泪液等也含有葡萄糖。虽然泪液中的葡萄糖与血液中相比含量非常低，但与血糖值成比例变化。浓度会随着饮食等上下波动，糖尿病人的泪液中的葡萄糖含量会升高。新津认为，如果能利用隐形眼镜型传感器测量泪液中含有的葡萄糖浓度，应该可以减轻患者的负担。

新津介绍说：“此前也一直在研究隐形眼镜型葡萄糖传感器，但由于无法发电，需要佩戴供电用眼镜。我觉得利用自己在电路技术方面的专业知识，可以削减发电装置和传感器的尺寸，仅佩戴隐形眼镜就能使用”。

利用电路技术和半导体技术成功实现节能和小型化

开发之初设计的电路采用葡萄糖发电，利用发电的电压驱动浓度传感器。但在先锋研究报告会上对研究进行总结时，有人表示“不太清楚这个电路负责发电还是负责传感”，因此新津想到了使发电和传感一体化。

利用葡萄糖发电的话，发电量会随着葡萄糖的浓度而变化。也就是说，如果能将发电量作为传感信号使用，就没必要特意驱动葡萄糖浓度传感器了。电路变得更加简单，容易节省电力和削减尺寸。

新津回忆说：“以葡萄糖发电为首，在固体元件上制作所需电路的电路设计比较困难。电路的微细加工可利用现有半导体技术完成。但现有半导体中不存在集发电、传感和传输等于一体的电路。因此需要重新设计可以利用半导体制造工艺的电路”。

开发的试制品中嵌入的全球最小的葡萄糖发电元件是尺寸与铅笔尖差不多大的芯片，可进行发电和传感（图1）。

图1：安装在隐形眼镜上的传感器试制品。试制品左侧是0.6mm见方的葡萄糖发电元件，右侧是约为0.4mm见方的传输电路。葡萄糖发电元件用来发电和传感，传输电路负责将葡萄糖浓度转换为无线传输频率并发送。

另外，泪液中含有的葡萄糖的发电量仅1～数纳瓦。因此，传感器电路的省电化成为实用化的关键。试制品实现了利用0.27纳瓦的电力工作的无线传输电路，约为以往的1万分之1（图2）。使用5号干电池大约能驱动2亿个这种传感器，非常省电。

图2：血糖值测量示意图。血糖值（血液中的葡萄糖浓度）升高的话，发电量增加，无线传输频率增多。新开发的传感器就利用这种关系监测血糖值的变化。接收传输电波的装置目前也在研究中。

试制品完成，实际应用的可能性升高，将在宠物身上积累经验以投入实用

通过发布试制品，开辟了与企业和其他领域的专家共同开发的道路，现已开始面向实用化展开讨论。最重要的课题是安全性。由于传感器含金属成分，需要设法将传感器插入隐形眼镜中，以避免金属溶出，但如果传感器接触不到泪液中所含的葡萄糖，又无法进行检测。目前正与隐形眼镜企业共同推进研究，将选择安全的材料，采用佩戴感不明显的配备方法等。

新津信心十足地表示：“通过用试制品展示性能，企业开始跟我们一起想办法。不仅是安全性，提高精度和数据读取方法等也是今后需要解决的课题，预定与电池技术人员等合作推进开发。现在只是个开始，接下来才是重头戏”。

要想在人身上实现实用化，需要进行动物实验、临床试验以及获得国家机构的认证等，道路还很漫长。因此，打算先应用于存在糖尿病问题的宠物身上。与应用于人类相比，用于宠物获得认可所需的时间比较短，因此计划先在宠物身上使用，以积累经验，从而在人类身上实现实用化。

新津介绍说，不仅是自己的专业电路，还研究了专业之外的电池技术，才最终取得此次的成果。他表示：“光应用自己的专业知识视野范围会缩窄，也很难涌现新想法。可能性也会减少。我的态度是，必要时就借助专家的力量，‘社会需要的一切我们全都做’”。