科學研究 - 用淚液發電測血糖值，戴隱形眼鏡即可管理健康

目前，可以日常穿戴在身上測量血壓和心率等的可穿戴感測器作爲有效進行健康管理的工具備受期待。日本名古屋大學研究生院工程研究科的副教授新津葵一開發出了尺寸僅0.6毫米見方的血糖感測器，利用淚液中含有的極微量葡萄糖發電工作。

試製品中嵌入了全球最小的尺寸與鉛筆尖差不多大的晶片，發電和感測等工作靠葡萄糖發電進行。

想保存身邊的人免受疾病折磨

「看到身患糖尿病的祖母，感受到了健康管理的重要性。覺得自己研究的電路技術也許能在日常的健康管理中派上用場」。開發出這款全球最小尺寸的0.6毫米見方發電傳感一體型血糖感測器的名古屋大學副教授新津葵一講到。

患糖尿病後，因活體內參與降低血糖值（表示血液中的葡萄糖含量的值）的激素——胰島素無法分泌足夠的量，或者無法充分發揮作用，血糖值會居高不下。因此，要想冶癒和預防糖尿病，持續測量、觀察和控制血糖值至關重要。目前常用的方法是用針刺指尖自己採血，但存在痛感且比較麻煩，因此最多隻能幾個小時測一次。

另一方面，近年來醫學界指出了持續觀察血糖值變化的重要性。因爲隔膜幾個小時測一次的話會漏掉睡眠等程序中出現的高血糖和低血糖，而持續觀察不僅可以避免這種情況，還能對照生活習慣瞭解什麼時候血糖值會升高。例如，與先喫米飯再喫蔬菜相比，喫飯時先喫蔬菜再喫米飯血糖值不容易升高，這個知識就是透過持續監測發現的。

目標是減輕患者負擔，實施持續監測

不過，持續監測並非易事。新津指出：「要想詳細調查血糖值的變化，用於糖尿病的預防和冶癒，最好每隔10～15分鐘測量1次，但利用有痛感的傳統方法難以實施。要想用於預防醫療，需要實施便利性和低價格」。

業界還開發出了可將細細的針型感測器刺入手臂或腹部固定，連續監測2周血糖值的裝置。但日常使用的話價格過高。因此，新津着眼於淚液。

除血液外，尿液、口水、汗液和淚液等也含有葡萄糖。雖然淚液中的葡萄糖與血液中相比含量非常低，但與血糖值成比例變化。濃度會隨着飲食等上下波動，糖尿病人的淚液中的葡萄糖含量會升高。新津認爲，如果能利用隱形眼鏡型感測器測量淚液中含有的葡萄糖濃度，應該可以減輕患者的負擔。

新津介紹說：「此前也一直在研究隱形眼鏡型葡萄糖感測器，但由於無法發電，需要佩戴供電用眼鏡。我覺得利用自己在電路技術方面的專業知識，可以削減發電裝置和感測器的尺寸，僅佩戴隱形眼鏡就能使用」。

利用電路技術和半導體技術成功實施節能和小型化

開發之初設計的電路採用葡萄糖發電，利用發電的電壓驅動濃度感測器。但在先鋒研究報告會上對研究進行總結時，有人表示「不太清楚這個電路負責發電還是負責感測」，因此新津想到了使發電和感測一體化。

利用葡萄糖發電的話，發電量會隨着葡萄糖的濃度而變化。也就是說，如果能將發電量作爲感測訊號使用，就沒必要特意驅動葡萄糖濃度感測器了。電路變得更加簡單，容易節省電力和削減尺寸。

新津回憶說：「以葡萄糖發電爲首，在固體元件上製作所需電路的電路設計比較困難。電路的微細加工可利用現有半導體技術完成。但現有半導體中不存在集發電、感測和傳輸等於一體的電路。因此需要重新設計可以利用半導體製造工藝的電路」。

開發的試製品中嵌入的全球最小的葡萄糖發電元件是尺寸與鉛筆尖差不多大的晶片，可進行發電和感測（圖1）。

圖1：安裝在隱形眼鏡上的感測器試製品。試製品左側是0.6mm見方的葡萄糖發電元件，右側是約爲0.4mm見方的傳輸電路。葡萄糖發電元件用來發電和感測，傳輸電路負責將葡萄糖濃度轉換爲無線傳輸頻率並發送。

另外，淚液中含有的葡萄糖的發電量僅1～數納瓦。因此，感測器電路的省電化成爲實用化的關鍵。試製品實施了利用0.27納瓦的電力工作的無線傳輸電路，約爲以往的1萬分之1（圖2）。使用5號乾電池大約能驅動2億個這種感測器，非常省電。

圖2：血糖值測量示意圖。血糖值（血液中的葡萄糖濃度）升高的話，發電量增加，無線傳輸頻率增多。新開發的感測器就利用這種關係監測血糖值的變化。接收傳輸電波的裝置目前也在研究中。

試製品完成，實際應用的可能性升高，將在寵物身上積累經驗以投入實用

透過發佈試製品，開闢了與企業和其他領域的專家共同開發的道路，現已開始面向實用化展開討論。最重要的課題是安全。由於感測器含金屬成分，需要設法將感測器插入隱形眼鏡中，以避免金屬溶出，但如果感測器接觸不到淚液中所含的葡萄糖，又無法進行檢測。目前正與隱形眼鏡企業共同推進研究，將選擇安全的材料，採用佩戴感不明顯的配備方法等。

新津信心十足地表示：「透過用試製品展示性能，企業開始跟我們一起想辦法。不僅是安全，提高精度和資料擷取方法等也是今後需要解決的課題，預定與電池技術人員等合作推進開發。現在只是個開始，接下來才是重頭戲」。

要想在人身上實施實用化，需要進行動物實驗、臨牀試驗以及獲得國家機構的認證等，道路還很漫長。因此，打算先應用於存在糖尿病問題的寵物身上。與應用於人類相比，用於寵物獲得身份鑑定所需的時間比較短，因此計劃先在寵物身上使用，以積累經驗，從而在人類身上實施實用化。

新津介紹說，不僅是自己的專業電路，還研究了專業之外的電池技術，才最終取得此次的成果。他表示：「光應用自己的專業知識視野範圍會縮窄，也很難湧現新想法。可能性也會減量。我的態度是，必要時就藉助專家的力量，‘社會需要的一切我們全都做’」。