糖尿病特效贴(糖尿病专用贴)

• 1、超薄贴片，糖尿病患者的福音
• 2、胰岛素智能贴：不打针、无痛苦、轻松治疗糖尿病
• 3、测血糖不用扎手指，用一张“膏药”贴一贴就知道，真有这么神奇？

超薄贴片，糖尿病患者的福音

糖尿病贴片贴到体表后只有大约1毫米厚，从体表撕下之后还能重新粘贴。（南方周末资料图/图）

一项最新研究表明，利用石墨烯的材料制作的糖尿病贴片，可以使病人对自己的血糖水平进行24小时的实时监控。如果血糖水平过高，贴片就会自动释放药物，以降低血糖水平。这一成果如果能够取得临床应用，无疑将会提高病人的生活质量。

迄今为止，糖尿病的治疗手段主要是通过服用或者注射药物来控制血糖。对那些每天都需要注射药物（主要是胰岛素）的病人来说，注射不仅痛苦，而且如果由于种种原因没有或者忘记了按时注射，将可能导致严重后果，甚至危及生命。即使是那些通过服药来控制血糖的病人，也仍然需要通过采血来监控血糖水平，经常被采血针扎同样不是一种令人愉快的经历。

科学家最近的一项发明在未来有望解除糖尿病患者的这些困扰。韩国的科学家最近在著名的科学期刊《自然纳米技术》（Nature Nanotechnology）上发表了一篇研究论文，介绍了他们使用一种叫石墨烯的材料制作的糖尿病贴片。

整个系统包括一个手机大小的便携式电化学分析仪、一部智能手机和一张超薄的贴片。在把贴片贴到体表之后，病人就能够对自己的血糖水平进行24小时的实时监控。如果血糖水平过高，无需病人任何操作，贴片就会自动释放药物，降低血糖水平。如果在未来能够取得临床应用，这种贴片将会帮助病人更好地控制血糖水平，而且毫无疑问会极大的提高病人的生活质量。

石墨烯是一种只含碳原子的二维材料，是迄今为止最薄的材料，厚度只有人头发直径的一百万分之一；有极好的导电导热性能；非常强韧，强韧的程度是钢材的200倍；有很好的柔韧性，能够耐受各种形变等。由于这些堪称神奇的性质，石墨烯在电子学、生物工程、复合材料、太阳能电池和能源储存等领域有着非常广阔的应用前景。

金大铉（Kim Dae Hyeong）是韩国首尔国立大学化学与生物工程学院的材料科学家，也是这项研究的领导者。他的实验室主要致力于整合微电子学和纳米材料科学领域的技术，研发有潜力的生物医学设备，尤其是便携式的可穿戴设备。

他注意到了石墨烯的这些优点，带领自己的团队与其他一些科研小组合作，尝试用石墨烯作为平台，在上面搭载各种生物医学检测元件，研发能够监测并降低血糖水平的可穿戴设备。

科学家最初制备石墨烯的方法原理非常简单：把胶带粘贴到石墨上，然后撕下胶带，再用新的胶带粘贴撕下来的这一片石墨，再一次撕胶带。不断地重复这一操作，石墨片就会变得越来越薄，直到最后得到只有单层碳原子的石墨烯。但是这种方法不仅产率低、成本高而且难于制备出大尺寸的石墨烯。

随着研究的深入和技术的进步，科学家现在已经能用很多种方法来制备石墨烯。其中有一种叫做化学气相沉积的方法由于能够规模化地制备出高质量、大尺寸的石墨烯，正受到越来越多的关注。

当把这种方法制备的石墨烯用来搭载生物医学检测元件时，科学家却遇到了一个也许会让普通人觉得不可思议的障碍：这些石墨烯的质量太好了。

李贤宰（Lee Hyun Jae）是金大铉实验室的研究人员，也是这篇研究论文的三名第一作者之一。他告诉南方周末：“化学气相沉积法制备出的石墨烯质量很高，也就是说这些石墨烯的‘缺陷密度’很低。”据李贤宰介绍，高质量的石墨烯的电化学活性比较低，这使在石墨烯上集成用电化学反应进行信号检测的元件难度较大。石墨烯上的缺陷位点，或者说“瑕疵”，“能够帮助检测元件上的材料与石墨烯通过化学键结合到一起。但是过多的缺陷位点又会降低系统的电学特性”。

这就意味着这项研究中使用的石墨烯需要拒绝“完美”，但同时质量又不能太低。通过实验，李贤宰和同事发现如果在石墨烯上添加一层金颗粒，石墨烯的电化学活性将会得到大幅度的提高，满足这项研究的需要。

韩国科学家的这项发明包括三个部分：一张糖尿病贴片、一个手机大小的便携式电化学分析仪和一部智能手机。贴片通过接口与分析仪相连，而分析仪与手机之间能够通过无线进行信号传输。糖尿病贴片上搭载的检测元件能够对各项生理指标进行检测。电化学分析仪通过接口与贴片相连，一方面为贴片供能，一方面对贴片检测到的电化学信号进行分析，并把分析结果传输给智能手机。在对结果进行进一步的分析处理之后，手机上的应用软件会根据使用者的血糖水平向贴片发出相应的指令。如果血糖水平过高，贴片就会释放降糖药物。

要想实时监测血糖水平，并在血糖过高时释放药物，这张贴片必须要包含三个模块：首先需要一个能实时准确检测血糖水平的模块；同时还需要一个储存和释放降糖药物的模块，当病人的血糖过高时，这个模块需要立刻向病人体内释放药物；最后还需要一个信号反馈的部分，当血糖水平降低到正常水平时，这个模块会“通知”系统停止释放药物，避免出现血糖水平过低的情况。通过精巧的设计，李贤宰和同事把所有这些模块整合到了一片石墨烯上。整个系统不仅尺寸很小，长宽分别为6厘米和4厘米，而且非常得薄：厚度只有大约1毫米。

为了便于贴片把检测到的信号传递给电化学分析仪，李贤宰和同事在石墨烯上添加了一层金网。除了能够传递电信号之外，这层金网还使贴片能够很方便地与电化学分析仪的接口实现连接。通过一种叫做光刻的技术，研究人员把连接金网节点与节点间的金箔丝做成了扭曲的蛇形，这种连接方式为整个金网提供了充分的缓冲空间，使它能够耐受拉伸和扭曲形变，不会损坏。科学家们随后又在石墨烯上添加了金颗粒，大幅度地提高了其电化学活性。

这片石墨烯/金网很薄，厚度只有几微米（1微米＝0.001毫米），非常不利于使用者使用，所以研究人员又通过一种叫做转移印刷（transfer printing）的技术把它转印到了一层厚薄适度（但仍然很薄）的透明柔性贴片上。据李贤宰介绍，这层柔性贴片在从皮肤上撕下来之后，仍然能够重复粘贴使用。

科学家们接下来把血糖检测模块中的各种检测元件添加到了这片石墨烯/金网上。由于这些检测元件的材料各不相同，所以需要逐一进行添加，但添加的原理都是一样的。李贤宰告诉南方周末，使用一种叫做电沉积的技术，通过控制电场，他“让反应液中的相应材料一点点地‘长’到石墨烯/金网的指定位置上，从而形成了各式各样的检测元件”。要想执行相应的功能，有一部分检测元件还需要一些生物或者化学试剂。在把所有元件添加到石墨烯/金网上之后，他和同事又把这些试剂逐一地添加到了相应的元件里。

除了血糖检测模块之外，贴片上的降糖模块同样也很精巧。研究人员首先把一种降低血糖的常用药物二甲双胍和一种能被机体吸收的材料混合到一起，然后把这种混合物灌注到很小的显微针形状的模具里。在把石墨烯/金网（已经被搭载在了柔性贴片上）盖在模具上之后，李贤宰和同事利用交联反应，把这种混合物固化成了一个由很多显微针组成的药物储存/释放元件，并将其从模具中轻松地剥离下来，交联反应同时还把这个药物储存/释放元件成功地集成到了石墨烯/金网上。这些显微针每一个都可以看作是一小“瓶”二甲双胍，能够被机体逐渐吸收。由于这些显微针非常微小，最大直径（根部的直径）只有250微米（0.25毫米），高度只有大约1毫米，所以贴到体表扎进皮肤时并不会感到疼痛。

为了保证在血糖水平正常时这些药物不被机体吸收，科学家们随后又在这些显微针的表面喷洒了一层热敏材料。通过在这个降糖模块上搭载一个加热元件，整个系统能够保证只有在需要时药物才会被释放：当血糖水平过高时系统会发出指令让加热元件升温，直至热敏材料融化（材料达到41度时就会融化），这时显微针就能被机体吸收，达到降低血糖的目的。据李贤宰介绍，“由于这个加热元件是分批次对显微针进行加热的，所以并不会出现加热一次就把显微针用光的情况”。

贴片负责信息反馈的部分包括两个元件，被分开搭载在了血糖检测模块和降糖模块上。科学家在降糖模块上添加了一个温度测量元件，这个元件能够检测加热元件的温度，如果温度过高，手机应用会发出停止加热的指令，避免使用者被烫伤。当血糖水平过低时人会出现打颤的反应，李贤宰和同事利用了这个现象来保证药物不被过量释放：他们在血糖检测模块上搭载了一个颤抖感受元件，当这个元件检测到使用者出现了频率大约为1赫兹（每秒钟1次）的颤抖时，系统也会停止加热，不再释放药物。

在把所有这些模块添加上去之后，这张贴片仍然非常薄，贴在体表之后只有大约1毫米厚。精巧的设计和精细的制造工艺使它不仅是多门学科交叉整合的结晶，同时也像是一片超薄的艺术品。

糖尿病患者日常监测血糖（血糖中的“糖”指的是葡萄糖）水平的方式几乎都是指尖采血，然后用血糖仪进行检测。但在这项研究中，科学家们并没有用采血的方式来监测血糖。

在人分泌的汗液中同样含有葡萄糖，而且研究发现汗液中葡萄糖的水平与血液中葡萄糖的水平存在着关联性，因此从理论上说，用汗液中检测出的葡萄糖水平能够反推出血液中的葡萄糖水平。

这张贴片的血糖检测模块中有一个吸汗元件，能够把使用者体表分泌的汗液吸进贴片里。为了保证系统只在汗液充足的时候才进行葡萄糖水平的检测，贴片上还搭载了一个湿度检测元件。只有这个元件检测到贴片里的相对湿度达到80%以上，也就是有充足汗液的时候，手机上的应用软件才会向贴片发出指令，让其检测汗液中的葡萄糖水平（在贴到体表之后，贴片通常在很短的时间内就能收集到足够的汗液）。

李贤宰和同事把这种贴片分别在人和糖尿病小鼠上进行了测试，并与其它的方法进行了比较。研究结果表明，贴片检测出的血糖水平与使用非常灵敏的化学检测试剂盒测出的血糖水平高度地一致，准确性比糖尿病病人广泛使用的家庭用血糖仪还要高。在糖尿病小鼠上的实验显示当手机应用发出药物释放的指令之后，释放的药物能够把小鼠的血糖迅速地降低到正常水平，由于释放的药物直接进入血液，所以药物的使用效率比通过口服要高，起效的速度也更快。

虽然这个贴片系统使用便捷、性能优异，但李贤宰仍然很冷静。他认为要想在临床上取得应用，这个系统还有不少地方有待完善。一方面目前降糖部分的实验是在小鼠上进行的，未来还需要在人体上进行进一步的测试。另一方面，“如果糖尿病病人使用这种贴片，一张贴片现在至少能够使用一天，”李贤宰介绍说，“但如果对系统检测的频率和药物储存的方式进行优化，在未来一张贴片的使用寿命有可能会更长。”除此之外，他认为在血糖检测元件的稳定性等方面这个系统也还有提升的空间。当被问到糖尿病病人还要等多久才能用上这种贴片时，李贤宰认为至少还要5年，但他对这个系统充满信心。

胰岛素智能贴：不打针、无痛苦、轻松治疗糖尿病

图片说明：图为北卡罗来纳大学（University of North Carolina，UNC）和北卡罗莱纳州立大学（North Carolina State University，NC）联合生物医学工程系的科学家开发的“智能胰岛素贴片”。图片来源：The lab of Zhen Gu, Ph.D.

最近，来自美国北卡罗来纳大学（University of North Carolina，UNC）和北卡罗莱纳州立大学（North Carolina State University，NC）的科学家首次开发了一种能实时检测血糖，并据检测结果向机体释放适量胰岛素的智能胰岛素贴片。研究人员发现这种新颖的无痛贴片可降低1型糖尿病老鼠模型的血糖浓度，一贴的疗效可以持续9个小时。相关论文发表在Proceedings of the National Academy of Sciences上。对于无数糖尿病患者来说，痛苦的胰岛素注射有望成为历史。该贴片的医用前景非常不错，但在临床应用之前还需进行更多的临床前研究及后续的临床试验。

该贴片比较薄，为方形，大小与1美分硬币相当。贴片上面布满了眼睫毛大小的微小针头，有一百多个。这些微小针头装载着微储存单元，储存胰岛素和葡萄糖感应酶。当患者血糖升高，这些酶就与葡萄糖反应以便进行实时血糖浓度检测，针头最终根据检测结果按需释放适量的胰岛素。

文章的第二作者Zhen Gu博士表示，他们发明的智能贴片使用方便，效率高，并且由无毒且生物相容性好的材料制备而成。他补充说：“整个系统可根据糖尿病患者的体重和对胰岛素的敏感性作个性化改进，所以我们可以使这种智能贴片变得更加智能。”

糖尿病是全球性的疾病，目前全球有3.87亿糖尿病患者，预计到2035年会达到5.92亿。1型糖尿病和超前型2型糖尿病需要每日刺破手指来检测血糖浓度，并重复注射胰岛素，这样的护理过程不仅痛苦，而且用药非常不精准。PNAS论文的第二作者，北卡罗来纳大学糖尿病护理中心主任John Buse说：“注射错误的（胰岛素）药量会引起严重的并发症，如失明和截肢；有的甚至会造成更加灾难性的后果，如糖尿病性昏迷和死亡。”

研究人员通过“闭环系统”（“closed-loop systems”）将血糖浓度监测与胰岛素用药两大环节连接起来，以期避免护理过程中的人为失误。为实现这一目标，他们需要用到机械传感器和微型泵，以及可以黏附在皮肤上的微型针头，每几天更换一次。

图片说明：图为智能胰岛素贴片的微型针头近距离荧光成像（标记为绿色）。图片来源：Zhen Gu, Ph.D.

Gu及其同事并没有另外发明完全人造的系统，而是对人体内产胰岛素的β—细胞进行仿真。这种细胞是多面手，可作为胰岛素的生产工厂和存储仓库，分泌的胰岛素储存在囊泡（载体）里。它们如同紧急呼救中心，一旦“获悉”血糖水平升高，立马“发送信号”将胰岛素注入血流之中。PNAS论文的第一作者Jiching Yu说：“我们已经应用两种材料制备了与β细胞功能相同的人造载体，这两种材料在自然界中很容易发现。”

第一种材料是透明质酸（HA），它是许多化妆品的天然成分。第二种材料是2-硝基咪唑（NI），是通常用于诊断的有机化合物。研究人员用这两种物质合成了一种新的分子。该分子一端是疏水基团（NI），另一端是亲水性基团（HA）。和油滴在水中聚集一样，大量这种分子可自行组装为疏水基团朝内，亲水基团朝外的气泡状载体。单个载体的大小不足头发丝的1/100。研究人员将含有胰岛素以及特异葡萄糖感应酶的固体核心插入到载体里面。

实验室研究表明，当血糖浓度升高时，大量葡萄糖挤进这种人造载体。随后，酶将葡萄糖转变为葡萄糖酸，造成氧气消耗。缺氧状态使得载体分子的2-硝基咪唑（NI）部分转变为亲水性，从而导致载体迅速解体，最终将胰岛素释放到皮下微循环之中。

要想把这种载体设计成智能释放胰岛素的纳米颗粒，就必须想办法改进给药方式。研究人员放弃使用常用的针筒，而是将装有葡萄糖感应酶和胰岛素的微载体组装成矩阵排列的微型针头。微型针头可以刺破皮肤，并按照上述原理发挥血糖监测和胰岛素按需给药的功能。

Gu使用分子结构相同但刚性更强的透明质酸作为纳米颗粒的主要成分，制备了更加尖锐，足以刺破皮肤的微型针头。他们将上百个微型针头排列在薄硅片上，形成微小的铁钉床一样的贴片。这种贴片往身上一贴，微型针头就刺破皮肤毛细血管壁，直接接触微循环血液。

研究人员在1型糖尿病的模型老鼠身上测试了该贴片控制血糖水平的效果。对照组小鼠按常规方法检测血糖浓度和注射胰岛素，其血糖浓度可恢复正常水平但很快又出现反弹。相反，使用贴片的实验组小鼠，可以在半小时内将血糖平稳地控制在正常水平，并维持数小时之久。

研究人员另外发现，只要控制每个微载体内葡萄糖感应酶的剂量，就能微调贴片释放胰岛素的剂量，进而将血糖水平控制在特定范围内。此外，使用该贴片也不会出现常规胰岛素注射导致的危险状况。由于对血糖水平把握不准，常规的胰岛素注射过于频繁时，会导致血糖直接降低到危及健康与生命的水平。

北卡罗莱纳州转化与临床科学研究所主任，前美国糖尿病学会会长Buse说：“糖尿病护理最难做的不是胰岛素注射、血糖检测或饮食控制，而是必须在余生的每一天都重复几次这些事情。如果能将该贴片成功开发用于患者身上，那我们将成为游戏规则的变革者。”

由于小鼠比人类对胰岛素的敏感性更低，研究人员认为该贴片稳定血糖水平的疗效对于真正的患者来说可能持续的时间更久。Gu表示，他们的终极目标是开发一种只需数天更换一次的智能胰岛素贴片。（科学之家，译审：Y Chen）

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测血糖不用扎手指，用一张“膏药”贴一贴就知道，真有这么神奇？

测血糖要扎手指真的苦啊，只有要扎手指的人才深刻体会这种痛苦。

前段时间小编看到新闻最新报道说，用一张“膏药”贴在皮肤上就能知道血糖高低，真有这么神奇的事吗？

快来探个究竟，顺便盘点一下还有哪些新型不需要扎手指的血糖监测设备。

近期发表在Nat Biomed Eng上的研究开发了一种柔软而有弹性的皮肤贴片，将其贴在脖子上就可以通过电化学传感器，持续监测佩戴者组织液中的葡萄糖、以及汗液中的乳酸、酒精或咖啡因水平以及血压、心率。

随着各种传感器的研发，未来能监测的指标应该会越来越多。

图1

一种柔软而有弹性的皮肤贴片，将其贴在脖子上就可以持续监测佩戴者的血压、心率，还能通过汗液监测佩戴者的各种生化指标水平。

这种监测设备优点很明显：

优点一：这种贴片不怕弯曲和拉伸，真正贴在人的皮肤上时，也能够适应各种皮肤表面；

图2 各种皮肤状态都适应

优点二：这种设备可以使患有高血压和糖尿病的人受益，因为是实时监测数据，所以可以即时监测血压或血糖的变化，也能及时监测糖尿病患者的乳酸或pH水平，从而能及时发现酮症酸中毒等紧急情况。

呃，不过，这新玩意还在研发中，距离正式用于临床还有一定距离，目前大家还只能观望。

另外，这种设备在设计上存在一定的问题，例如各个机械元件之间可能存在信号干扰、运动后的汗液干扰、缺乏更多人群数据等。

另外，这一贴片目前仍需要先将传感器连接到电源和台式机器上才能显示读数，而研究人员希望最终能研发出无线传输传感器，并可以检测多种指标，组成真正可穿戴的完整系统。

关于智能隐形眼镜测血糖，最早是谷歌在2014年提出的，遗憾的是，在2018年谷歌宣布暂停了该项目进程，其官方发布的博文表示，经过四年的研究，它们不得不承认通过眼泪检测血糖是一项庞大艰巨、难以攻克的科学技术。

图3 谷歌智能隐形眼镜

图片来源：BI中文站

尽管谷歌的这项研究以失败告终，但全球的研究机构对隐形眼镜检测血糖的技术研发热情并没有被浇灭。

日本名古屋大学研究团队研发出一种隐形眼镜式血糖监测器，外形与彩色隐形眼镜片类似，它可能成为糖尿病患者的福音。

据说，这种监测器搭载了一个小黑点形状的传感器，是目前全球最小发电传感一体型传感器，只有0.6平方毫米。这枚小小的传感器被镶嵌在两层镜片之间，让监测器的整体使用感受与普通隐形眼镜相差无几。

设想很美好，据说已经研发出来了，后续希望能通过临床试验使其推向实用化。

好吧，上面这两个血糖监测设备离我们还有一段距离，下面这两款血糖监测设备倒是离我们不远。

实时动态血糖仪是一款扫描式葡萄糖监测系统，它包括三部分：传感器、扫描检测仪和数据分析软件。不同于传统的血糖检测，其独特之处在于，通过植入一次性葡萄糖传感器，可以连续监测葡萄糖水平，如录像一样反映血糖变化情况。

优点很突出：

优点一：操作只需要三步：将传感器贴于上臂后部或者腹部皮下；用手机或者扫描检测仪接近传感器进行扫描；获取数据。（嗯，跟把大象关进冰箱一样简单呢）；

优点二：不需要指尖取血，时效性强，随时可以查看血糖，一目了然；

优点三：既能反映即刻血糖，发现不易被传统指尖测血糖方法所检测的高血糖和低血糖，还能反映血糖波动，其中，反映血糖变化趋势的数据，能更好地反映患者的血糖控制情况；

优点四：已经投入市场使用，可以买到。

缺点也是有的：

缺点一：相比便携式血糖仪，价格比较贵；

缺点二：现在经投入市场使用的传感器最多佩戴14天，也就是说，一个月最起码要换2个传感器。

缺点三：佩戴传感器过程中因运动产生汗水等将导致传感器松动；

缺点四：由于动态血糖仪和传统血糖仪获取的数值之间存在一定差异，目前以传统血糖仪的数值为准，动态血糖仪测量的数据不能用于糖尿病的诊断和筛查。

简单来说，动态血糖仪发现葡萄糖水平有较大波动，这时要在医生的指导下，先进行指尖取血测量血糖情况后，再进行降糖方案的调整，而不是直接根据动态血糖仪获取的数据调整治疗方案。

另外，需要注意的是，现在需要佩戴实时动态血糖仪的人主要是1型糖尿病人，尤其适用于有能力日常使用的成人1型糖尿病人，对于儿童和青少年1型糖尿病人使用有一定要求；

至于2型糖尿病人，主要在住院期间使用胰岛素治疗时或者围手术期时的情况下，推荐使用实时动态血糖仪进行血糖监测。

关于血糖监测设备，有传统血糖仪，也有逐步走向市场的新设备，更有未来努力的方向。

这些监测设备最终的目的都是希望通过科技改变生活，让糖友们无痛测血糖，更好管理自己的血糖，远离并发症！