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“我在體內(nèi)植入了一個(gè)芯片，能測量很多東西” 真相其實(shí)是這樣的

血糖科普芯片小知識(shí)電極探針


“我在體內(nèi)植入了一個(gè)芯片，能測量很多東西” 真相其實(shí)是這樣的



出品：科普中國
作者：外密子
監(jiān)制：中國科學(xué)院計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)信息中心
現(xiàn)代互聯(lián)網(wǎng)社會(huì)中，網(wǎng)絡(luò)名人的一舉一動(dòng)總能牽動(dòng)億萬網(wǎng)民的心 。 昨天，某位大佬植入"檢測芯片"的新聞?dòng)忠鹆松缃幻襟w上的廣泛討論 。
1．真相是？
從現(xiàn)有的信息來看，所謂皮下植入芯片的事，應(yīng)該是這位業(yè)外人士的理解和實(shí)際情況出現(xiàn)了一定的偏差 。 據(jù)春雨醫(yī)生微信號(hào)介紹，他購買的應(yīng)該并不是他自己所說的"能檢測多種參數(shù)"的芯片，而是2017年剛剛被美國FDA批準(zhǔn)上市的雅培瞬感掃描式血糖儀 。
其實(shí)，與其說這是一種植入體內(nèi)的芯片，倒不如說它更接近一種可穿戴式血糖監(jiān)測設(shè)備 。
該型血糖儀主要由敷貼傳感器和數(shù)據(jù)讀取器兩部分構(gòu)成 。
其中，敷貼式傳感器是這一設(shè)備的主要工作部件，它由一個(gè)紐扣狀的電信號(hào)分析與發(fā)射元件和一根長約6毫米的細(xì)小電化學(xué)探針構(gòu)成 。 而這套系統(tǒng)的奧秘，就藏在它的探針里面 。 這根細(xì)小的探針，本質(zhì)上是由半透膜包裹著的一組葡萄糖電化學(xué)感應(yīng)電極 。 由于它的尺寸很小，就比較容易在不引起劇烈疼痛的情況下穿透表皮層與真皮層（如探針過短，無法扎透表皮層，則測量不到有意義的信號(hào)），進(jìn)入皮下組織中，并與組織間液親密接觸 。
在一段時(shí)間的浸泡之后，組織間液中的葡萄糖等小分子，就會(huì)滲透通過探針上起保護(hù)作用的半透膜，接觸到感應(yīng)電極，并在電極上包被的葡萄糖氧化酶的作用下，被氧化成葡萄糖酸 。 而在這一過程中，也會(huì)產(chǎn)生易于分解，放出電子的副產(chǎn)物（過氧化氫），從而被探針上電極檢測到 。 這個(gè)原理與現(xiàn)在常見的電化學(xué)指尖血糖檢測技術(shù)并無太大差異 。
要說特殊之處，主要是使用了一種被稱為"有線酶技術(shù)（wired enzyme technology）"特殊的氧化酶固定方法 。 使用這種方法固定在金屬電極上的氧化酶，有著比傳統(tǒng)方法更好的電子傳輸效率和化學(xué)穩(wěn)定性，能在體內(nèi)環(huán)境下維持正?；钚允嗵於话l(fā)生失活變性 。 就是這項(xiàng)化學(xué)技術(shù)突破，使得在體內(nèi)環(huán)境下的連續(xù)血糖監(jiān)測成為可能 。
▲"有線酶技術(shù)"的原理，葡萄糖分子與氧化酶接觸后，產(chǎn)生的電信號(hào)可由聚合物鏈?zhǔn)絺鞯街岭姌O上（圖片來自公開的會(huì)議報(bào)告）
【“我在體內(nèi)植入了一個(gè)芯片，能測量很多東西” 真相其實(shí)是這樣的】相比于敷貼式探針?biāo)邆涞目萍己浚@套監(jiān)測系統(tǒng)內(nèi)附帶的數(shù)據(jù)讀取器，其實(shí)并沒有太多黑科技，它的功效主要就是接收從敷貼式傳感器上無線發(fā)來的信號(hào)，并把這個(gè)信號(hào)轉(zhuǎn)化為一般人可以理解的血糖示數(shù) 。
行筆至此，大家就會(huì)發(fā)現(xiàn)，這種設(shè)備并不是真正意義上的植入式芯片 。
2. 植入式芯片是幻想嗎？不是，確實(shí)已經(jīng)有了
可大家也不必失望，真正的植入式血糖監(jiān)測芯片也已經(jīng)初露真容了 。
▲皮下植入式血糖傳感芯片示意圖，光化學(xué)傳感器將血糖信號(hào)傳輸至中轉(zhuǎn)器，最終通過手機(jī)軟件無線讀取 （圖片來自eversense 官方宣傳片）
就在四個(gè)月前，美國的Eversense公司發(fā)布了一款真正可植入皮下的可持續(xù)血糖監(jiān)控（CGM）芯片 。
與雅培的電化學(xué)檢測方案不同，Eversense采用了熒光方法進(jìn)行血糖檢測 。 簡單來說，植入體內(nèi)的微傳感器上，用來與組織間液接觸的部分不再是電極探針，而是一種對(duì)葡萄糖濃度敏感的熒光高分子聚合物（具體材料并未公開） 。 在葡萄糖濃度較高的情況下，這種熒光聚合物會(huì)有較高的量子效率（quantum yield） 。 反之，在血糖濃度較低時(shí)，這種材料的量子效率也會(huì)降低 。 由于熒光信號(hào)需要外界光源激發(fā)，這種芯片里也內(nèi)置了一枚小型的特定波長LED光源 。 而被激發(fā)后產(chǎn)生的熒光信號(hào)，則通過芯片內(nèi)集成的微型光敏元件轉(zhuǎn)化為電信號(hào) 。

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