微针生物传感器助力安全驾驶和血糖监测
2026-02-07 20:33:37 来源：麦姆斯咨询 评论：0 点击：
本田工程师正与东京大学研发可让驾驶员自主监测自身疲劳状态的传感技术。为此，团队正在开发一款由微针阵列构成的可穿戴生物传感器。该传感器还可拓展至健康医疗领域，例如助力糖尿病患者监测血糖水平。
微针可以提供一种微创的人体生理指标监测方式，例如与警觉性、应激反应以及血糖水平相关的生物标志物监测。
全球每年有数百万人遭遇道路交通事故，其中诸多事故的诱因，是驾驶员因困倦、精神或身体压力等因素引发的操作失误。因此，能够帮助人们监测驾驶警觉性的可穿戴传感器，在提升道路安全方面可以发挥重要作用。
本田（Honda）研发中心工程师Shigenobu Mitsuzawa拥有酶学与生物化学专业背景，他对研发这类可穿戴传感器抱有浓厚兴趣。Shigenobu Mitsuzawa表示：“本田正深耕人机交互技术的研发，应用场景涵盖汽车、摩托车与机器人等。在人机交互界面，我们需要更前沿的技术手段，精准捕捉并深度解析人体的生理状态，这也是我一直对生物传感器情有独钟的原因。”
为提升驾驶安全水平，本田已落地应用了车载传感技术——通过检测驾驶员的转向修正操作，判断其是否处于疲劳状态，车辆会随即向驾驶员发出警示，并提醒其靠边停车休息。
据麦姆斯咨询报道，近期，本田工程师正与东京大学（University of Tokyo）研究人员展开合作，在此基础上更进一步，研发可让驾驶员自主监测自身疲劳状态的传感技术。为此，团队正在开发一款由微针阵列构成的可穿戴生物传感器。该传感器还可拓展至健康医疗领域，例如助力糖尿病患者监测血糖水平。
专为生物标志物持续监测而研发的空心微针阵列
本田、东京大学、三洋化学工业株式会社（Sanyo Chemical Industries）以及大阪大学（Osaka University）组成的研究团队，研发了一款微针生物传感器贴片：微针长度为1毫米，针尖直径仅50微米。该微针仅穿透皮肤最外层，可接触到细胞周围的间质液。由于间质液中含有多种与血液中相同的生物标志物，因此它为解析人体生理活动提供了重要窗口，该类生物标志物涵盖葡萄糖、乳酸、电解质以及药物浓度等诸多信息。
然而，该微针生物传感器贴片与人体接触后，易出现性能失稳，传感性能也会随之衰减，因此研究人员亟需找到方法，提升其环境适应性与工作稳定性。
针对这一技术难题，东京大学团队研发出一种名为“两性离子聚合物水凝胶”的传感材料。这种物质不带净电荷，可以防止炎症以及蛋白质和细胞的粘附。研究人员将该材料与聚乳酸基空心微针阵列设计相结合，并对该微针阵列进行了化学镀金处理。这项微针技术有望应用于监测与觉醒、昼夜节律和压力反应相关的激素水平，甚至有可能将其应用于监测血液酒精浓度，从而帮助驾驶员做出更明智的安全决策。
Shigenobu Mitsuzawa说道：“这款生物传感器采用微针阵列设计，可实现间质液中多种目标分子的同步检测。这类目标分子包括皮质醇与褪黑素，二者参与人体24小时昼夜节律的调节，因此能够提供有关人体警觉状态的信息。”
Shigenobu Mitsuzawa认为，该微针技术未来还能为基础研究与应用开发开拓更广阔的空间。例如，驾驶员若佩戴可监测皮质醇的微针传感器贴片，在驾车前便可实时获取自身应激水平、昼夜节律是否规律的生理信息。
基于微针的生物传感技术可用于监测驾驶员的警觉状态
这款微针传感器贴片能提前向驾驶员发出预警，提示其因昼夜节律周期变化存在嗜睡风险。相较于当前的皮质醇检测方法，该微针技术检测速度更快，并且能实现全程连续监测——无论驾驶员处于行车途中还是离开车辆时段。
Shigenobu Mitsuzawa表示，推进该微针技术的下一步核心工作，是找到能精准检测间质液中皮质醇浓度的方法。主要难点在于，皮质醇的浓度远低于细胞的能量来源——葡萄糖。要实现皮质醇的可靠检测，需要高特异性的检测化学方法、强大的抗生物污染能力以及能够解释组织液变异性的可靠校准。尽管如此，Shigenobu Mitsuzawa仍迫切计划开展动物试验，并计划在数年内推进人体试验。他表示：“若能实现皮质醇的便捷检测，其在医疗领域或将开拓诸多新应用场景，因此我们正就此与医护人员展开沟通。该微针技术的应用前景十分广阔。”目前，研究团队正与东京大学医院的相关研究小组合作，探索这一可能。
此外，微针生物传感器还能为糖尿病患者提供更便捷、舒适的血糖监测方案。
1990至2022年，全球成年糖尿病患者数量增至原先的4倍以上，目前已超8.25亿人，约占成年人口的15%。1型与2型糖尿病均会给患者与医疗体系带来沉重负担，因此即便只是针对这类代谢性疾病管理的微小创新与改进，也能极大提升患者的生活质量。
微针中用作传感介质的两性离子聚合物水凝胶，能够与组织间液稳定相互作用
糖尿病患者需长期监测血糖水平，而传统的指尖采血检测法不仅具有侵入性，还会产生明显痛感。目前商用的持续血糖监测贴片（将传感探头植入皮下并用粘性贴片固定）使患者的疼痛感显著降低，但仍会带来异物不适感，并且需每1~2周更换一次。这一问题易导致患者难以坚持血糖管理方案，进而引发不良后果。
研究团队采用创新的材料，正研发一款微针生物传感器，该微针生物传感器有望经皮肤表面实现血糖水平的持续精准监测。由于其穿刺深度浅、对人体组织的损伤极小，基本可做到无痛检测，相较于需深层植入的商用血糖监测贴片，优势显著。同时，凭借独特的化学成分，该微针生物传感器在体内的有效使用时间也更长。
含水状态下的两性离子聚合物水凝胶
研究人员表示，这款微针生物传感器有望成为一款无痛监测工具，助力数百万糖尿病患者改善健康状况、优化生活方式。
微针生物传感器的关键部分是针体的内部结构，其内部填充有两性离子聚合物水凝胶，该水凝胶本身也兼具传感功能——因水凝胶中含有葡萄糖氧化酶与氧化还原介体二茂铁，二者可与间质液中的葡萄糖发生反应。上述分子并非铺展于平面，而是分散在水凝胶的整体结构中，因此微针生物传感器能拥有更大的活性区域，反应速率也大幅提升。
该微针生物传感器已在动物模型实验中验证了有效性。东京大学生物工程师Madoka Takai表示：“测试结果显示，我们研发的微针生物传感器与现有小鼠血糖检测方法的监测数据具有良好的相关性，而间质液中的葡萄糖浓度，正是血糖持续监测的理想检测指标。”
Madoka Takai指出：“新冠疫情（COVID-19）之后，远程医疗与健康监测的需求激增，微针生物传感器这一技术理念也随之获得了更广泛的认可。我们希望将微针技术应用于身体状况相对健康但有潜在健康风险的人群。展望未来，这项技术能进一步助力糖尿病等疾病的早期筛查。”
延伸阅读：
上一篇：机器学习驱动的微流控电生理平台，实时分析并调控肿瘤-神经相互作用
下一篇：最后一页