综述：用于连续血糖监测的无创可穿戴电化学传感器
2025-06-01 08:43:57 来源：麦姆斯咨询 评论：0 点击：
本文总结了开发无创表皮电化学葡萄糖传感器的最新进展和挑战，同时探讨了利用皮肤间质液（ISF）、汗液、泪液和唾液等生物液体检测血糖的方法，并分析了器件改进中的优势和局限性。
糖尿病是一种日益普遍的慢性疾病，影响着全球数百万人群。定期监测血糖水平对于有效管理糖尿病至关重要。可穿戴传感器在各个领域日益重要的原因在于其能够连续监测健康参数、支持疾病管理、提高安全性并提供有价值的科研见解。无创血糖监测已成为全球研究的热点，为众多患者带来希望。连续血糖监测突破了传统指尖采血测试的局限性，能够实现及时干预，从而更好地管理疾病。图1列举了典型的无创可穿戴葡萄糖电化学传感器类型。
图1 无创可穿戴葡萄糖电化学传感器的类型
据麦姆斯咨询报道，近日，由伊拉克扎霍大学（University of Zakho）、苏莱曼尼大学（University of Sulaimani）和埃及坦塔大学（Tanta University）等机构组成的研究团队总结了开发无创表皮电化学葡萄糖传感器的最新进展和挑战，同时探讨了利用皮肤间质液（ISF）、汗液、泪液和唾液等生物液体检测血糖的方法，并分析了器件改进中的优势和局限性。此外，这项研究概述了血糖检测技术的未来发展方向及其提升患者生活质量的潜力。该综述以“Non-invasive wearable electrochemical sensors for continuous glucose monitoring”为题发表在Electrochemistry Communications期刊上。
继血液之后，皮肤间质液（ISF）是获取血糖水平数据准确且快速的主要来源。然而，为了在不刺破皮肤的情况下评估血糖水平，有必要将间质液从皮下组织提取到皮肤表面。反向离子电渗析（RI）可用于提取皮肤间质液中的葡萄糖浓度（如图2）。Yang等研究人员设计了一种紧凑且精确的可穿戴传感器，利用电化学微针连续监测人体间质液中的葡萄糖浓度以评估血糖水平。该产品由可重复使用的电子元件和一次性微针传感器组成（如图3）。
图2 采用RI提取葡萄糖的示意图
图3 采用差分微针及多个子组件的可穿戴葡萄糖传感器系统
汗液是一种高度动态的生物流体，其pH值（范围为4.5至7.0）和成分都会发生波动。诸多研究人员正积极致力于开发高效的可穿戴无创汗液化学传感器，旨在打造“皮肤上的实验室”。Lee等研究人员展示了一种集汗液检测与给药机制于一体的皮肤装置，通过自调节回路实现；该多参数传感装置包含葡萄糖传感器、pH传感器、温度传感器和湿度传感器（如图4）。
图4 基于汗液葡萄糖水平自动调整药物递送的系统
泪液可作为无创监测的理想液体，因其成分与血液相似。这对于糖尿病管理尤为精准，因为泪液与血液中的葡萄糖水平之间存在联系。早期开发柔性可穿戴泪液葡萄糖传感器采用GOx酶修饰通过光刻和丝网印刷方法制备的电极。后来，研究人员开发出基于隐形眼镜平台的可穿戴泪液葡萄糖传感器。Zhou等研究人员将Fe和Co的双金属氧化物沉积于r-GO上，采用直接水热反应和煅烧工艺合成了FexCoyO₄-rGO（如图5）。柔性衬底提高了其电极的耐用性，并允许在皮肤上识别生物标志物。该传感器在泪液葡萄糖检测中表现出良好的性能。
图5 FexCoyO₄-rGO合成及泪液葡萄糖的动态分析
唾液皮质醇是生理和心理压力的重要生物标志物。唾液中的抗体可用于疾病诊断。多项研究致力于为糖尿病患者开发便捷的无创唾液诊断技术，即通过建立唾液与血糖水平之间的关联来实现。Arakawa等研究人员利用醋酸纤维素（CA）膜作为葡萄糖传感器上的干扰抑制膜，用于监测唾液中的葡萄糖水平（如图6）。人类唾液中的葡萄糖水平可直接测量，无需复杂的样本预处理。
图6 MG葡萄糖传感器及配套测量设备示意图
综上所述，这项研究工作重点介绍了无创可穿戴葡萄糖电化学传感器的最新进展，强调其通过克服传统侵入性方法的局限性，有望变革糖尿病管理中的血糖监测方式。定期血糖监测对于糖尿病患者维持健康的血糖水平和预防致命的并发症来说至关重要。无创电化学技术利用了皮肤间质液、汗液、泪液和唾液等生物体液与血糖水平之间的相关性，但仍面临着灵敏度低、结果延迟、校准要求、不适感和皮肤刺激等挑战。另外，针对大规模样本群体的临床试验数据尚不充足，需要进一步改进以解决诸如生物液体提取不一致、表面污染以及生理参数对测量精度的影响等问题。通过使用纳米电极等手段在电化学层面提升传感器灵敏度，展现出了商业化潜力。克服灵敏度、舒适性和成本等挑战有望引领血糖监测器件的重大技术变革和市场升级。
论文链接：https://doi.org/10.1016/j.elecom.2025.107894
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