我系吴长锋课题组生物医学传感器研究取得新进展,有望实现糖尿病的无痛血糖监测

科研新闻 | 2018-06-22

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 近日,我系教授吴长锋课题组在生物医学传感器研究方面取得新进展。课题组研究的新型“葡萄糖传感器”,能够通过智能手机实现对血糖水平的实时监测。这对开发具有临床应用价值的血糖监测技术有着怎样的关键意义?为此,我们走访了吴长锋教授,听一听他的解读。

吴长锋教授

        吴长锋教授入选国家首批青年千人计划,获得国家自然科学优秀青年基金。在此次研究中,他率先将光学传感器引入到活体动物的血糖监测中,在生物传感器领域具有一定的创新性。

        “糖尿病人需要非常频繁地检测血糖,通过手指取血和血糖仪来检测血糖高低,这对于病人来说具有一定的痛苦,而且这种方式不能提供血糖的连续性变化。”吴长锋说,“对于高危的糖尿病人,临床上目前使用植入型电化学传感器对血糖进行连续监测,这种方式能得到实时的血糖检测变化曲线,能给医生和病人更全面的数据。但是,电化学传感器五到七天就需要更换一个电极,就是说在体内过一段时间信号就会降低产生漂移,导致检测的结果不太准确,并且还会给患者造成很大的痛苦”

        正是由于临床上的需要,吴长锋教授课题组选择用光学方法来研发“葡萄糖传感器”。该传感器植入到皮下后,其发光颜色随着血糖的变化而改变。用智能手机拍摄一张照片,就能够把血糖的高低测量出来,真正做到了方便快捷,有望长时间监控血糖的变化趋势,并减轻病人的痛苦。同时,由于生物相容性非常好,即便葡萄糖传感器长时间植入皮下也不会对人体造成副作用。吴长锋教授说,希望继续研究这种检测方法,将该传感器应用于临床中,为生物医学领域做出贡献。

吴长锋课题组在实验室

对话教授:

      Q:做这个项目大概花了多长时间?
      A:从2012年到现在用了大概六年时间,但目前并没有结束。这个项目两篇文章的第一作者孙凯今年博士毕业,可以说,这个项目贯穿了他的整个博士生涯。我们的研究成果虽然具有突破性和创新性,但这还只是一个阶段性的成果,未来我们还要在这个项目上合作,继续优化相关材料和传感器体内的检测特性,可以说未来还有很长的路要走。

      Q: 您在带领课题组做这项课题时最大的困难是什么?
      A:主要是技术方面的困难,即一个在理论上成立的想法是否能够在实验中真正实现的难题。很多时候,师生面临这种“梦想转换为现实”的困难,心里都是很没底的。研究者无法预计何时能够实现第一步的突破,而这第一步突破往往就是一个科研项目最关键、最困难的部分。其实实验的过程就是不断解决问题的过程,等一个个问题都解决了,我们也就接近成功了。还有就是对学生的引导,遇到困难时,学生会担心实验是否能做出结果,甚至会动摇做科研的初心,这时候给予关注和引导是十分必要的。

      Q:请问实验过程中,有没有一些有意思的小插曲可以分享一下呢?
      A:大多时候科研工作是比较枯燥的,但是做出成果那一刻的喜悦却是最能触动人心的。尤其是看到自己的学生终于在实验室取得突破,论文得以发表时的那种喜悦,我感到非常欣慰——毕竟我们也是从学生过来的,能切身体验到他们的不易和攻克难关之后的胜利感。

      Q:这篇文章是由来自不同国家和地区的学者与学生共同完成,请问和不同背景的人一起共事是一种什么体验?
      A:团队里大部分都是已经共事多年的同事和朋友,包括美国华盛顿大学的Daniel Chiu教授。他现在是我们生物医学工程系的兼职教授,我在他的科研组里工作过。在我决定回国发展之前,我们就有过针对半导体传感器无线血糖监测的讨论,他也提供了一些想法,但在当时的背景下觉得这个想法实现起来还有难度。回国后一段时间,我自己牵头课题组展开这项研究,并邀请Daniel Chiu参与研究。在研究过程中,我校、华盛顿大学、澳门大学和吉林大学的团队成员都保持了频繁的交流、讨论、结果分享与互评,这种团队之间的融洽与合作,以及为同一个目标并肩作战的感觉很棒。

科研核心:

      糖尿病是当前公众健康的严重威胁之一,准确可靠的血糖监测对于糖尿病的诊断、治疗和及时护理都具有重要意义。目前临床上对高风险糖尿病人普遍使用植入型电化学传感器来进行血糖的连续监测,但是酶电极等植入器件有组织损伤、信号漂移以及需要频繁更换等缺陷。光学检测技术有望克服电化学传感器的缺陷,但目前用光学方法对体内血糖水平进行可逆、灵敏和实时检测仍然是相关研究领域的难题。

      在最近工作中,吴长锋课题组进一步设计开发出一种超灵敏的聚合物点葡萄糖传感器,相比于前期工作,传感器的灵敏性提高了一个数量级。将传感器植入小鼠皮下后,其发光颜色随着血糖浓度改变而改变。课题组进一步开发了图像处理软件APP安装在智能手机上,通过手机摄像采集传感器发光图像,然后进行APP图像处理定量确定血糖浓度,实现了对体内血糖水平的无线动态监测。以上结果为新型光学传感器的设计研究提供了新思路,也为进一步开发具有临床应用价值的血糖监测技术奠定了基础。

论文连接:

https://pubs.acs.org/doi/abs/10.1021/acsnano.6b02386

https://pubs.acs.org/doi/10.1021/acsnano.8b02188

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