正文
而光谱技术,就是通过测量一种物质与各种不同波长光波间的互动关系,来测量该种物质的浓度。
物质在和不同波长的光,进行反应的过程中,有可能会吸收它,可能会反射它,也有可能吸收后发出不同波长的光,每个物质的光谱特性都有所不一样,那么我们通过研究某一个物质在不同波长下的反应特性,就可以得到它在某一波段光波下的特异性光谱特征。通过发射特定波长的光波,再利用传感器接收反射回来的光波,对比某一物质的特异性光谱,我们就可以测量到该物质的含量了。
光谱技术是无创血糖测量中常用的一种技术。
其中,葡萄糖在近红外(600nm-2500nm)和中红外(2500nm-16000nm)照射下的光谱特征最为明显,而这两个波段下的光波是无法穿透人体的大部分组织的,因此,我们通常通过测量组织反射回来的光波光谱,而不是穿透组织的光波光谱来测量人体内的血糖含量。
近红外的优势是其组织穿透力强于中红外,缺点是葡萄糖对近红外的光谱特异性没有中红外强,中红外被誉为光谱中的“指纹”,特异性强,但由于中红外对发射装置要求高,而且基本不能穿透人体组织,所以中红外目前在无创血糖监测领域没有过多进展,而近红外目前则是无创血糖监测领域探索最多的技术路线之一。
接下来,需要介绍一下在近红外技术路线下,进行无创血糖监测仪研发时会遇到的常见困难:
1)传感器接收回来的、与血糖相关的光谱信号强度较弱;
2)组织中有很多其他干扰因素,会产生与葡萄糖类似的近红外光谱,对葡萄糖的检测精度造成影响。为了提高精度,研发人员需要通过复杂的数学运算,控制不同的变量,这些不同的变量包括但不限于血液脱水程度、温度、光源射入角度、光射入的具体位置、光在组织内穿透的深度、血液中的其他化学结构与血糖类似的化合物、人体电化学平衡状态、皮肤压力等;
3)近红外的血糖测量结果很难与现有标准进行比较。人体中毛细血管、组织间隙中、静脉中的葡萄糖都会对近红外产生特异性的吸收光谱,由于组织间隙中的葡萄糖浓度更高,其近红外光谱的信号最强,所以,目前用近红外测量出的血糖浓度,大部分是组织间隙中的血糖贡献的,而现有的家用血糖仪测量的是毛细血管血糖浓度,医院通过生化分析仪测量的是静脉中的血糖浓度,这三者比较起来,相互都存在差异。
在近红外光谱技术路线上,我们找到目前获得了CE认证的两家公司,分别是:
1)Biocontrol Technology公司利用近红外光谱技术研发的Diasense,虽然成功拿到了CE认证,但其1994年在FDA 的510(k)审核当中没有成功通过。
Diasense无创血糖仪
2)中国上市公司京东方近期投资的以色列无创血糖检测公司CNOGA的产品同样也获得了CE认证,其在2008-2012年间进行了临床试验,设备通过四个LED光源,发送波长600-1150纳米的光谱通过手指,在光通过人体组织的时候,有些被吸收而改变颜色。影像部件会及时检测出那些改变颜色的信号。通过处理器,和CNOGA的专利算法,对多达680亿个色彩组合进行分析。公司最新估值2.17亿美元。
CNOGA无创血糖仪
另外,Samsung Fine Chemicals公司的Glucontrol GC 300也为近红外式便携式检测仪。
技术路线二:拉曼光谱
技术原理
通过可见光及近红外光照射组织,获取与入射光频率不同的散射光谱,从而进行分析以得到分子振动、转动方面信息。目前MIT有团队在实验中显示了该光谱与血糖拥有良好的相关系。
案例
美国MediSensors公司的C8血糖仪采用拉曼光谱法连续测量血糖,于2012年成功获得CE认证,该设备用一根腰带紧贴皮肤束在腰间,工作时仪器将一束单色光照射皮肤,并检测返回的频谱,融资1900万美元,其投资方包括GE,融资后不久,CEO和CTO相继离开公司。
MediSensors C8
技术路线三:经皮透析技术
案例1
Cygnus GlucoWatch
美国的加州的Cygnus公司采用的就是此类技术,其也是目前为止美国FDA通过的唯一一款无创血糖检测仪,2001年通过FDA。
他的产品GlucoWatch是一款手表式的检测设备,通过给皮肤施加微弱的电流,将葡萄糖从皮肤下提取出来,进行检测。血糖仪的背面通过一层凝胶垫与人体皮肤接触。凝胶中有两个电极,使用时电路接通,产生一股微电流通过人体的皮肤。皮肤中的带电离子在电流作用下分别向正负两个电极运动,而组织液中的葡萄糖分子会被带电离子“裹夹”着一起运动,进入凝胶。手表式血糖仪通过测量葡萄糖分子与凝胶中一种酶(葡萄糖氧化酶)的反应程度,就可以计算出当前的血糖水平,测量结果在“手表”屏幕上显示出来。
这条技术路线存在以下几点问题:
1. 把血糖提取出来的电流强度足以对皮肤造成损伤;
2. 设备检测准确度并不高,FDA仅批准其为血糖监测的辅助设备,建议和其他主流血糖仪一起使用,该设备对低血糖患者并不能起到实质性的预警作用;
3. 从皮下抽取血糖难度很高,因为人体本身是抑制如葡萄糖这样对人体代谢起重大作用的能量物质从皮肤渗透出去的,因此,抽取葡萄糖本身,机体就会产生相关的连锁反应,从而让测到的葡萄糖含量不再准确。
事实上,该产品已经停止生产了,公司破产,随后被Animas并购,而Animas于2005年被强生收购。