科學研究 - 東京大學開發出無痛微針貼片式血糖計

本文及圖片均摘抄編譯自東京大學的研究成果公關發佈資料

日本東京大學生產技術研究所/研究生院工學系研究科精密工學專業的金範埈教授，與生產技術研究所/研究生院工學系研究科化學生命工學專業的南豪副教授以及博士研究生李學哉等人組成的研究團隊，開發出了只需貼在皮膚上就能輕鬆測量血糖值（血液中的葡萄糖濃度）的「微針貼片感測器」，可以取代以往的採血針（皮膚穿刺器具）和注射針。非醫務人員也可以操作，而且被測者不會感覺到疼痛，只需幾分鐘就能肉眼判斷血糖值的高低。

新開發的貼片採用紙作爲基底層（圖1）。一面大量安裝了細小的針頭（微針），另一面設置了血糖值感測器，兩面相互連接。微針像海綿一樣有很多孔，無需來自外部的能量，利用毛細管力即可從皮下採集微量的細胞間質液（以下簡稱「間質液」），然後利用貼片上部的感測器持續測量血糖值。微針非常小，針尖直徑不到50微米，長約0.8毫米，將貼片貼到皮膚上也不會覺得痛。另外，微針是由可溶解於活體內的聚合體製成的，即使殘留在活體內也不會對身體造成傷害。

圖1：多孔微針陣列和紙基底層貼片感測器的概念圖及使用方法
器件概念圖：（a）是貼到皮膚上的微針的感測器紙貼片的示意圖，（b）顯示了微針陣列層及採用酶比色分析的紙貼片上的感測器層等，（c）顯示了多孔微針的概念。微針吸收皮下間質液，其中的葡萄糖濃度差異會改變感測器層的顯色輝度，肉眼即可判斷葡萄糖濃度。還可以結合手機攝影頭和現有的影像處理技術來量化輝度值。

血糖值感測器組合使用兩種酶（葡萄糖氧化酶和葡萄糖過氧化酶）和染料色料（四甲基聯苯胺），能以顯色輝度的變化爲指標，用肉眼輕鬆判斷血糖值的高低（圖2）。

圖2：感測原理及其結果

此次採用了多孔微針（圖3）。爲消除針頭脫落帶來的風險，微針的材料採用骨支架材料領域廣泛使用的生物降解PLGA（聚乳酸-乙醇酸共聚體）。爲防止血細胞栓塞及影響微針的形狀，孔徑設計爲5～10微米。多孔微針可以透過毛細管力吸收間質液。毛細管力取決於微針中的空艙大小、孔率和親水性等。要想採集體液，需要使空艙充分連接，形成可透過液體的結構。不過，擁有大量空艙（高孔率）的結構會降低結構強度，因此製作強度能承受皮下穿刺的多孔微針並非易事。作爲多孔化方法，本次研究採用了可輕鬆控制結構（孔徑和孔率）的「鹽溶法」（Salt Leaching），這是一種透過洗脫混合的NaCl顆粒獲得空艙的方法。由此最適化了孔率、體液吸收比和微針的形狀，與紙貼片的感測器層實施了一體化。