科学研究 - 东京大学开发出无痛微针贴片式血糖计

本文及图片均摘抄编译自东京大学的研究成果公关发布资料

日本东京大学生产技术研究所/研究生院工学系研究科精密工学专业的金范埈教授，与生产技术研究所/研究生院工学系研究科化学生命工学专业的南豪副教授以及博士研究生李学哉等人组成的研究团队，开发出了只需贴在皮肤上就能轻松测量血糖值（血液中的葡萄糖浓度）的“微针贴片传感器”，可以取代以往的采血针（皮肤穿刺器具）和注射针。非医务人员也可以操作，而且被测者不会感觉到疼痛，只需几分钟就能肉眼判断血糖值的高低。

新开发的贴片采用纸作为基板（图1）。一面大量安装了细小的针头（微针），另一面设置了血糖值传感器，两面相互连接。微针像海绵一样有很多孔，无需来自外部的能量，利用毛细管力即可从皮下采集微量的细胞间质液（以下简称“间质液”），然后利用贴片上部的传感器持续测量血糖值。微针非常小，针尖直径不到50微米，长约0.8毫米，将贴片贴到皮肤上也不会觉得痛。另外，微针是由可溶解于体内的聚合物制成的，即使残留在体内也不会对身体造成伤害。

图1：多孔微针阵列和纸基板贴片传感器的概念图及使用方法
器件概念图：（a）是贴到皮肤上的微针的传感器纸贴片的示意图，（b）显示了微针阵列层及采用酶比色分析法的纸贴片上的传感器层等，（c）显示了多孔微针的概念。微针吸收皮下间质液，其中的葡萄糖浓度差异会改变传感器层的显色亮度，肉眼即可判断葡萄糖浓度。还可以结合手机摄像头和现有的图像处理技术来量化亮度值。

血糖值传感器组合使用两种酶（葡萄糖氧化酶和葡萄糖过氧化物酶）和染料色素（四甲基联苯胺），能以显色亮度的变化为指标，用肉眼轻松判断血糖值的高低（图2）。

图2：传感原理及其结果

此次采用了多孔微针（图3）。为消除针头脱落带来的风险，微针的材料采用骨支架材料领域广泛使用的生物降解PLGA（聚乳酸-乙醇酸共聚体）。为防止血细胞栓塞及影响微针的形状，孔径设计为5～10微米。多孔微针可以通过毛细管力吸收间质液。毛细管力取决于微针中的空位大小、孔隙率和亲水性等。要想采集体液，需要使空位充分连接，形成可透过液体的结构。不过，拥有大量空位（高孔隙率）的结构会降低结构强度，因此制作强度能承受皮下穿刺的多孔微针并非易事。作为多孔化方法，本次研究采用了可轻松控制结构（孔径和孔隙率）的“盐溶法”（Salt Leaching），这是一种通过洗脱混合的NaCl颗粒获得空位的方法。由此优化了孔隙率、体液吸收率和微针的形状，与纸贴片的传感器层实现了一体化。