萬能!新型石墨烯貼片可輔助治療糖尿病

1、萬能！新型石墨烯貼片可輔助治療糖尿病糖尿病是最常見的慢性疾病之一，全球9%的人口都被此病困擾。糖尿病會引起很多并發(fā)癥，如心血管疾病、腎病 和其他神經(jīng)系統(tǒng)疾病。如果沒有對糖尿病的精確監(jiān)控和持續(xù) 治療，患上糖尿病的人會受并發(fā)癥的影響，死亡的概率大大 提高。韓國首爾大學的研究者們研究出一款糖尿病貼片，可 以實現(xiàn)對糖尿病的實時監(jiān)控。在以往的治療方法中，需要采 集患者血液樣品，送到測試設備中，檢查葡萄糖的濃度，然 后注射相應計量的胰島素。但是整個過程是非常痛苦的，需 要病人多次配合，全過程也會給患者帶來巨大的心理壓力， 讓患者不想一遍一遍重復這樣的流程。如果這樣停止治療， 會加重糖尿病癥狀，使并發(fā)癥發(fā)病

2、風險成倍提高。雖然全過 程很痛苦，但是患者沒有其他的選擇，不得不做。近年來， 可穿戴設備和電子技術的進步，不用注射器解決糖尿病問題 成為了可能。因為人的汗液中含有多種生理生物標識，其中 之一就包括葡萄糖含量，可分析汗液的穿戴設備受到了極大 的關注。不同體液中葡萄糖濃度是有關聯(lián)的，當血液中葡萄 糖濃度升高時，汗液中葡萄糖的濃度也會升高。在汗液中檢 測血糖高低是無痛的，對患者也沒有任何心里壓力，而在血 液中檢測血糖濃度會對患者造成心理和身體的雙重壓力。這 兩者最大的區(qū)別在于：抽取血液直接測定血糖濃度比較容易，而通過汗液測定有很多的不確定的影響因素。因此需要 一種使用傳感器和反饋模塊的集成控制系統(tǒng)，

3、來進行血糖濃 度的測定。同時通過透皮藥物送遞裝置來注射藥物，通過反 饋控制可以實現(xiàn)全過程的自動。這樣既可以減少患者的精神 壓力，又可以減少患者實際痛苦，對患者有有巨大的好處。 但是很多環(huán)境因素都可以影響基于酶的葡萄糖傳感器，這樣 會讓測量結果產(chǎn)生巨大的偏差。主要由以下幾個方面。在日 常使用可穿戴設備的時候，會產(chǎn)生機械變形，這會導致傳感 器電子設備的變形和損壞。 汗水中的乳酸， 會降低汗水的 pH 值，當 pH 值降低到 4-5 時，這會影響基于酶的傳感器的精 度。在不同的環(huán)境溫度下， 傳感器效果也會隨之改變。 因此， 要想解決以上的全部問題，需要貼片具有以下的性能。血糖 監(jiān)視系統(tǒng)需要可以承受機

4、械變形。要能校正由于 pH 和溫度 帶來的影響。做成透明的，便于在日常生活中使用。使用微 針注射藥物，實現(xiàn)無痛的目的。首爾大學的研究者們開發(fā)了 一個基于石墨烯的糖尿病貼片，提供了一個實現(xiàn)以上特性的 解決方案。這個貼片包含了眾多的傳感器和控制器，包括可 以對汗水進行收集和分析的控制器、葡萄糖傳感器和可控透 皮注射器。首先由汗水收集分析控制器來收集人體分泌的汗 液，其本身是個濕度傳感器，當濕度超過80%的時候，由其他傳感器開始工作。 pH 和溫度傳感器將會分別測量汗液的 pH 和環(huán)境溫度。這些環(huán)境參數(shù)將會被用于校正正在由葡萄 糖傳感器測量的葡萄糖濃度。正常情況下，貼片上的微針是 由十三烷酸制成的與

5、生物相容的相變材料（ PCM ）包覆的， 其目的是使皮膚的組織液分離。這些微針是由水溶性高分子 聚乙烯吡咯烷酮（PVP）制成的，微針中包含有針對二型糖 尿病的活性藥物，如二甲雙胍。在高血糖的情況下，由于嵌 入式微加熱器的熱運動會導致 PCM 涂層在 41 攝氏度融化， 使微針暴漏，微針被激活。微針會被體液溶解，進而傳送藥 物。我們已經(jīng)成功證明了使用貼片可以測定人體血糖，而且 在糖尿病小鼠身上的實驗也證明能成功的通過反饋注射藥 物。在血糖稍有下降的情況下，系統(tǒng)會持續(xù)監(jiān)控，必要時會 停止藥物注射。為了保證傳感器的高靈敏度和材料柔韌性， 研究者們使用化學氣相沉積（ CVD ）的方法來合成出官能化 的

6、石墨烯。他們制造的石墨烯混合電極，使用的是摻金的石 墨烯。它不僅透明度高，而且還具有良好的電學和電化學特 性，如高導電性。由于本身是柔性材料，石墨烯電極非常適 宜在可穿戴設備上使用。雖然通過 CVD 生長的石墨烯具有 良好的電氣、光學和機械柔韌性，但是其固有的電化學活性 隨其缺陷密度的提高而降低。即便如此，通過有機或無機官 能化的石墨烯混合結構，在用于生物標記的電化學傳感器上 有非常高的靈敏度。這些針對可穿戴糖尿病貼片的改進技術 實現(xiàn)了，可以不通過血液取樣對血糖濃度進行監(jiān)測，同時對 血糖濃度進行控制。以上進步對于需要長期治療的糖尿病患者是至關重要的?，F(xiàn)在研究者們正在想辦法確保血糖檢測系統(tǒng)長期運行的可靠性和穩(wěn)定性，同時也在找汗液收集更好的 方式。解決