研究人员希望让糖尿病患者的针刺成为历史

糖尿病患者必须每天数次检测他们的血糖水平，以确保他们不会变得过高或过低。研究表明，超过一半的病人不经常检查，部分原因是针刺的疼痛和不便。

一种可能的替代方法是拉曼光谱法，这是一种非侵入性技术，通过近红外光照射来揭示皮肤等组织的化学成分。麻省理工学院的科学家们现在已经向这项技术的实际应用迈出了重要的一步:他们已经证明可以通过皮肤直接测量葡萄糖浓度。到目前为止，血糖水平只能通过比较拉曼信号和参考血糖水平来间接计算。

麻省理工学院生物和机械工程教授Peter So说，虽然还需要更多的工作来将这项技术发展成一种用户友好的设备，但这项进展表明，一种基于拉曼的连续血糖监测传感器是可行的。

“如今，糖尿病是一种全球流行病，”苏说。她是这项研究的资深作者之一，也是麻省理工学院激光生物医学研究中心的主任。“如果有一种持续监测血糖的好方法，人们可能会考虑开发更好的疾病管理方法。”

首尔三星高级技术研究所的Sung Hyun Nam也是这项研究的高级作者之一，这项研究发表在今天的《科学进展》杂志上。麻省理工学院(MIT)的研究科学家全望康(Jeon Woong Kang)和三星高级技术研究院(Samsung Advanced Institute of Technology)的研究人员Park Yun Sang Park是这篇论文的主要作者。

看穿皮肤

拉曼光谱可以用来识别组织的化学成分，通过分析近红外光在遇到不同种类的分子时是如何散射或偏转的。

麻省理工学院的激光生物医学研究中心已经在基于拉曼光谱的葡萄糖传感器上工作了20多年。用于拉曼光谱的近红外激光束只能穿透几毫米的组织，因此，一项关键的进展是设计出一种方法，将皮肤细胞沐浴液(称为间质液)中的葡萄糖测量值与血糖水平联系起来。

然而，另一个关键的障碍仍然存在:葡萄糖产生的信号往往被皮肤中发现的许多其他组织成分淹没。

“当你测量来自组织的信号时，大多数强信号来自固体成分，如蛋白质、脂质和胶原蛋白。葡萄糖是整个信号中非常非常小的一部分。正因为如此，到目前为止我们还不能从测量到的信号中看到葡萄糖信号。

为了解决这个问题，麻省理工学院的研究小组开发了一种间接计算血糖水平的方法，通过比较皮肤样本中的拉曼数据和同一时间采集的血液样本中的葡萄糖浓度。然而，这种方法需要频繁的校准，并且预测可能被主体的移动或环境条件的变化所推翻。

在这项新的研究中，研究人员开发了一种新的方法，让他们直接看到葡萄糖信号。这项技术的新颖之处在于，它将近红外光以60度角照射到皮肤上，然后从垂直于皮肤的纤维中收集拉曼信号。这导致一个更强的整体信号，因为葡萄糖拉曼信号可以收集，而不需要的反射信号从皮肤表面过滤。

研究人员在猪身上测试了该系统，发现在10到15分钟的校准后，他们可以获得长达一小时的准确葡萄糖读数。他们将这些读数与血液样本中的葡萄糖测量值进行了比较，从而验证了这些读数。

“这是我们第一次直接通过皮肤观察组织中的葡萄糖信号，而不需要进行大量的高级计算和信号提取，”So说。

持续的监控

研究人员说，在基于拉曼的系统用于监测糖尿病患者之前，还需要进一步的技术发展。他们现在计划缩小这台打印机的尺寸，使其便于携带，希望能在糖尿病患者身上测试这种设备。

“你可能在家里或办公室里有一个设备，你可以把你的手指放在一段时间，或者你可能有一个探头，你把你的皮肤，”所以说。“这就是我们在短期内考虑的问题。”

从长远来看，他们希望发明一种可穿戴式血糖监测仪，能够提供持续的血糖测量。

该论文的其他作者包括前博士后Surya Pratap Singh，他现在是印度理工学院的助理教授;崔元俊，韩国基础科学研究所的前访问科学家;研究技术人员路易斯·加林多;和首席研究科学家Ramachandra Dasari。三星高级技术研究所的张和军、李宇昌和朴钟爱也是这项研究的作者。

这项研究由美国国立卫生研究院(National Institutes of Health)、三星高等理工学院(Samsung Advanced Institute of Technology)、新加坡-麻省理工联盟研究与技术中心(Singapore-MIT Alliance research and Technology Center)和滨松公司(Hamamatsu Corporation)资助。