醫(yī)學(xué)破局，石墨烯又立大功

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發(fā)布時間：2024-09-06
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閉環(huán)胰島素輸注系統(tǒng)，可以為管理和治療糖尿病提供理想的選擇。它可以根據(jù)血糖水平計算胰島素輸注劑量，實現(xiàn)自動化血糖管理，使糖尿病患者獲得接近正常的血糖控制，減輕頻繁毛細(xì)血管血糖檢測和胰島素注射的負(fù)擔(dān)。此類產(chǎn)品的缺點，是用戶負(fù)擔(dān)不起，成本太高，而且體積太大。

在此，北京大學(xué)材料科學(xué)與工程學(xué)院崔悅團(tuán)隊首次展示了一種可穿戴、可快速制造、穩(wěn)定性增強(qiáng)的糖尿病管理閉環(huán)設(shè)備。該設(shè)備建立在聚苯乙烯（PS）空心微針之上。聚苯乙烯具有成本效益、生物相容性、化學(xué)穩(wěn)定性、機(jī)械強(qiáng)度高，且易于制造。聚苯乙烯空心微針可以通過軟光刻技術(shù)制造。工作電極和參比/對電極，都是通過在微針表面印刷石墨烯復(fù)合油墨而形成的。微針生物傳感裝置檢測間質(zhì)葡萄糖，當(dāng)它高于正常濃度時，微泵會自動打開，以輸送胰島素。傳感器和微泵都由印刷電路板智能操作，以實現(xiàn)閉環(huán)功能。

相關(guān)研究成果以“A wearable, rapidly manufacturable, stability-enhancing microneedle patch for closed-loop diabetes management”為題發(fā)表于《Microsystems & Nanoengineering》。

圖1. 生物傳感器檢測葡萄糖的體外性能

圖2. 糖尿病大鼠的體內(nèi)傳感

團(tuán)隊展示了一種可穿戴、可快速制造、增強(qiáng)穩(wěn)定性的閉環(huán)貼片，用于糖尿病管理。團(tuán)隊制備了石墨烯-PB墨水，并將其沉積在微針上，以用作工作電極和參比/對電極，使該過程能夠快速、廉價且適合大規(guī)模生產(chǎn)。用PDA/PEG/BSA防污層改性的電滲泵，可顯著提高其穩(wěn)定性。與其他現(xiàn)有的商業(yè)或報道的閉環(huán)系統(tǒng)相比，該系統(tǒng)具有可穿戴、體積小、重量輕、成本低，且制造速度快等優(yōu)點。盡管這些結(jié)果很有希望，科學(xué)界仍需要改進(jìn)其控制算法，并在進(jìn)一步實際應(yīng)用之前，評估該系統(tǒng)在人類糖尿病患者中的性能。需要更緊湊的PCB或芯片，來使系統(tǒng)更耐用，并且，數(shù)據(jù)應(yīng)以無線方式傳輸?shù)揭苿釉O(shè)備。

此外，科學(xué)界可以進(jìn)一步簡化整個設(shè)備的加工，以提高其制造可行性并降低成本。例如，可以使用3D打印技術(shù)直接打印空心微針陣列；可以使用氣溶膠噴射打印技術(shù)，在微針的側(cè)壁上打印石墨烯-普魯士藍(lán)電極和酶固定。生物傳感器和微泵組件的集成，可以直接使用工業(yè)機(jī)器人完成。這項工作有望拓寬新型糖尿病管理設(shè)備的基礎(chǔ)研究，并推進(jìn)其在糖尿病患者中的實際應(yīng)用。

信息來源：Carbontech

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