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2020-06-06 20:30
不用血液用泪液,测血糖不用再挨针扎啦

本文来自微信公众号:我是科学家iScientist(ID:IamaScientist),作者:郭怿暄,题图来自:视觉中国


眼泪,咸咸的。


其实,泪液也里有少少的甜。


眼泪的秘密


眼泪,这种由泪腺分泌的透明液体,绝大部分是水,剩下的就是少量无机盐、蛋白质、溶菌酶,多种代谢产物和极少量的葡萄糖。当我们情绪激动流泪时,眼泪中的应激激素会增加——这些物质,可能来自细胞的分泌,还可能来自血液的被动渗出。


一般来讲,血液和眼泪之间有一道由多种细胞组成的屏障,一些脂溶性差的分子会被拦截下来,但一些低分子量物质还是可以通过血浆渗出进入眼泪,并且,这些物质在眼泪中的浓度,可以在一定程度上反映它们在血液中的浓度。


这一特点吸引了大批科学家,他们渴望开发出用眼泪测定一些生物指标的方法,不仅能减少抽血带来的紧张和痛苦,还方便多次测量,甚至达到实时监测的目标。比如,对眼泪中含量极低的葡萄糖的测量,就可以帮助糖尿病人无创测血糖。


数量庞大的糖尿病患者群体


从前,糖尿病尚有“富贵病”之称。现在,它越来越常见。


2019年《世界糖尿病联盟糖尿病图谱》显示,全球范围内20-79岁成人群体有9.3%患有糖尿病,总数达到4.63亿——其中,四分之一来自中国。2019年,我国20-79岁成年人中,每9人就有1位是糖尿病患者。此外,由于部分患者可能没有意识到自己患病,所以真实的患者数目可能还有更多。


对于糖尿病患者,医生会有五项建议:饮食控制、运动疗法、药物治疗、血糖监测及糖尿病教育。其中,对血糖的监测是重中之重,不仅可以帮助医生了解患者病情,也能帮助患者掌握自身血糖状况,以便及时地调整自己的生活方式。


目前对绝大多数患者来讲,便携式血糖仪是最方便快捷的检测方式,只要用采血针刺破手指取指血,用试纸测定就能知道当前的血糖水平。


使用便携式血糖仪需要扎手指 | Pixabay


这个方法看似简单,但根据《中国血糖监测临床应用指南》的建议,部分患者每天需要监测7次。想想,每天要扎自己7次……遵医嘱的人生着实有点难。而且,和健康人群相比,糖尿病患者往往更容易发生感染,高频地扎手指无疑增加了他们感染的风险。


眼泪也能测血糖


有无可能,同时解决疼痛和感染这两个关键问题?


有的。比方说,根据2019年7月发表在《生物传感器与生物电子学》(Biosensors and Bioelectronics)上的一篇文章,来自巴西圣保罗大学圣卡洛斯物理研究所和美国加州大学圣迭戈分校纳米工程系的研究者,提供了这样一种方案:佩戴可以收集眼泪的眼镜,通过测定眼泪中的葡萄糖来评价血糖水平。


安装在眼镜上的生物传感器 | Juliane R. Sempionatto Moreto/University of California


研究者对眼镜进行了一番改造:在眼镜鼻托上加装了一个小装置,小装置的一端是一个小漏斗,佩戴时刚好靠近内眼角,可以收集眼泪,眼泪顺着小轨道流入装置的核心部分——生物传感器,在这里完成对眼泪中葡萄糖浓度的测定。


传感器的电极与一个电流恒定的电路相连。当眼泪流入传感器,泪液中的葡萄糖和电极上的葡萄糖氧化酶发生氧化反应,产生过氧化氢。过氧化氢进一步与电极上的普鲁士蓝薄膜反应,生成水和自由电子,从而改变电路中电流大小,由此产生信号。装在眼镜腿上的信号处理装置对信号进行转换、放大,再通过蓝牙把数据发送到电脑或手机上。


测定完成后,多余的眼泪会从容器的裂口接触到滤纸做的泪液出口(下图中的3)。滤纸会立刻吸走这些泪液,并将泪液挥发到空气中,使装置恢复初始状态,方便下一次测量。


眼镜鼻托上的装置结构 | 参考文献[4]


等等,如果戴眼镜的人流不出眼泪怎么办?别担心,研究者有催泪杀手锏——薄荷棒。只需用薄荷棒在眼睛下方1厘米左右的皮肤上轻轻一划,眼泪就会不由自主地涌出来。


由于我们体内的血糖会随着吃饭出现波动,所以,为了测试这种眼泪传感器,研究者们请了几位志愿者吃饭,并分别在饭前和饭后用眼泪传感器和便携式血糖仪同步对他们的血糖进行了多次测量。


结果发现,一餐前后,眼泪传感器微小的电流变化准确地反映了血糖浓度的变化,两种方法得到的血糖变化趋势完全一致;在一日三餐的连续监测中,眼泪传感器也同样探测到了每餐过后血糖的上升和餐间血糖的回落。


而且,这副眼镜可以实现更多功能。比如,只需要简单更换鼻托上的电极,这副眼镜就可以摇身一变,成为交管部门的好帮手,测定人体内的酒精含量。再换上另一个电极,测定体内维生素含量也不是难事。


更换电极,可以测量体内酒精、葡萄糖、维生素等含量 | 参考文献[4]


从目前的研究到眼泪传感器大规模投入商业应用,还有很长一段路要走,但随着各种生物传感器的开发,监测血糖、维生素甚至是一些疾病相关标记物的仪器,都会向着便携式可穿戴设备发展。如今,我们已经可以用运动手表实时监测自己的心率,也许未来我们每个人的手机里都拥有一套实时的监测数据,随时向我们汇报着身体的健康状况。


这样看来,我们的眼泪真是可“盐”可“甜”的宝贝呢。


参考文献:

[1] IDF Diabetes Atlas Ninth Edition 2019 (https://www.idf.org/e-library/epidemiology-research/diabetes-atlas/159-idf-diabetes-atlas-ninth-edition-2019.html)

[2] Factsheet for Western Pacific Region (https://diabetesatlas.org/upload/resources/material/20191218_144638_wp_factsheet_en.pdf)

[3]中国血糖监测临床应用指南(2015年版)(http://rs.yiigle.com/CN115791201510/706941.htm)

[4] Sempionatto J R, Brazaca L C, García-Carmona L, et al. Eyeglasses-based tear biosensing system: Non-invasive detection of alcohol, vitamins and glucose[J]. Biosensors and Bioelectronics, 2019, 137: 161-170.

[5] Farandos N M, Yetisen A K, Monteiro M J, et al. Contact lens sensors in ocular diagnostics[J]. Advanced healthcare materials, 2015, 4(6): 792-810.


本文来自微信公众号:我是科学家iScientist(ID:IamaScientist),作者:郭怿暄

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