在手腕上贴一片“智能创可贴”,便能在运动状态下实现无创、连续且精准的血糖监测——近日,中国科学院苏州生物医学工程技术研究所钟君、杨洪波团队研发的无线汗液柔性传感技术,不仅为“无创血糖检测”提供了全新路径,更为智能穿戴设备开发出慢病管理的新应用场景。该成果近日正式刊发于国际权威期刊《美国科学院院刊》(PNAS)。
糖尿病防控与运动健康管理领域,长期面临监测痛点:传统指尖采血不仅伴随痛感,更无法实现实时连续监测;微创探头仍会造成皮肤创口,使用体验受限。因此,“不扎针”“贴肤即测”的智能穿戴设备,成为行业攻关的方向。
“当前智能穿戴设备在心率、血氧等基础指标监测上已十分成熟,但血糖这类生化指标受个体差异影响极大,且信号微弱,全球范围内尚未出现真正成熟的无创商用产品。我们的研发目标,就是想填补这一行业空白。”团队核心成员、苏州医工所博士后张森浩介绍,团队早早就将研发方向锁定在可无创获取的汗液上,但要实现汗液监测血糖的可行性,首先需攻克的关键难题,是提升汗液葡萄糖与血液葡萄糖之间的相关性。“而其中的原因,便是运动时出汗速度的差异、汗液稀释效应等因素,都会严重影响监测准确度,这是我们必须突破的技术关卡。”
为破解上述难题,团队科研人员反复开展实验和测试,从传感材料选型、电极制备工艺到算法模型构建,层层递进打磨技术细节,最终找到核心解决方案——建立新型汗液pH值校准模型。该模型可对酶活性变化与汗液稀释效应进行动态矫正,利用汗液pH值实时计算得到汗液分泌速率和传感器灵敏度,将其动态补偿到预测血糖浓度计算中,使其大幅贴近真实血糖值。
团队研制的柔性传感贴片,薄如一片“智能创可贴”,采用生物兼容胶材设计,可直接贴合于皮肤表面,适配手腕、额头等易出汗部位。贴片内置微流控汗液采集通道、多孔电极与无线传输模块,在运动场景下能实时捕捉汗液pH值和葡萄糖浓度,并快速换算出可靠的血糖数值。
在多名健康志愿者与糖尿病患者参与的运动测试中,校正后的血糖预测相关系数从0.85提升至0.95,位于临床克拉克误差网格A区占比也从72%提高到90%,验证了技术的精准性与可靠性。“目前我们已成功研制出工程样机,完成了小试与多例临床验证。”张森浩表示,“现阶段设备最适用于运动场景,只要人体出汗就能实现稳定监测,但我们的目标是实现全天候可用,即便不出汗也能完成精准检测。”
为达成这一目标,团队正将核心算法与反向离子电渗技术相结合,通过微弱且安全的电流温和刺激汗腺分泌微量汗液,让人体在静止状态下也能顺利完成无创血糖检测。
该成果将应用于智能穿戴设备。张森浩透露,团队正推进这项无创血糖监测技术与智能手表的集成研发,同步拓展皮质醇等多项健康指标的监测功能,打造出多模态的健康监测终端。按照团队的研发规划,未来1至2年将完成大规模人群数据建模,随后积极推进产品落地开发,努力使得普通民众用上这款国产无创血糖智能穿戴设备。
与此同时,团队研发的可水洗智能紧身T恤已实现小批量供货,该产品能实时监测心电、呼吸、体温等指标,主要服务于运动员等特种人群;未来这款T恤还将与智能手表实现数据互联互通,构建起一体化健康管理平台。
“未来,行业必然朝着无创化、连续化、精准化、个性化的方向演进,智能穿戴健康监测大有可为。”张森浩认为,目前我国在该领域具备一定优势,完整的产业链布局、高效的制造能力以及有力的政策支持,能推动实验室成果快速转化为终端产品;而国外则在基础研究深度与技术路线多样性上积累更为深厚,值得我们借鉴。
“我们希望推动智能穿戴设备从基础健康追踪工具,升级为慢病管理、健康预防的核心装备,为糖尿病防控、运动健康指导与全民健康管理提供重要技术支撑。”张森浩说。而要实现这一美好未来,他认为,还需进一步强化医工协同,通过与医院建立高效合作通道,借助大规模临床数据持续优化个性化算法,让技术更贴合实际医疗需求;还要推进多模态融合,将生理生化监测与AI算法深度结合,实现单一设备对多项健康指标的同步监测,提升产品的综合实用价值;此外还需加快合规化进程,不断完善行业标准体系,缩短创新产品的审批周期,让安全可靠的技术早日走进大众生活、惠及更多人群。
新华日报·交汇点记者 蔡姝雯

新华报业网
Android版
iPhone版