能检测糖尿病的隐形眼镜

文/刘方

只需要戴上一副隐形眼镜,就可以全方位监测自己的生理状态,及时侦查出疾病的危险信号。这幅未来的场景正在迈向现实。美国俄勒冈州立大学的研究人员利用超薄晶体管技术,设计出一种有能力充当“私人医生”的隐形眼镜,在未来的移动医疗领域拥有极其广阔的应用前景。

检测眼泪
疾病的危险信号会在第一时间出现在人的血液中,血液检测也就成了疾病诊断的首选方案。然而,想要随时随地监测自己的健康状况,血液检测就有些尴尬了——每天扎自己一针或者抽自己一管血可不是什么令人愉悦的体验。有没有什么信息来源能够代替血液呢?
随着移动医疗的进步,科学家发现,眼泪中其实包含了大量的信息,能够反映一个人的生理状态。眼泪不仅包含葡萄糖(可检测糖尿病)、乳酸盐(可检测肝部脓毒症)、多巴胺(可检测青光眼)、尿素(可检测视网膜疾病),甚至包含各种癌症相关蛋白质。如果能够对眼泪中的生物分子进行实时的监测和分析,就可以方便地告诉人们是否存在疾病风险。于是,一组充满创造力的科学家想到了利用隐形眼镜来充当检测设备,实时监控人们的健康状态。
这项研究首次将一个生物感应器组装到了普通的隐形眼镜上。目前,研究人员已经在实验室中制造出了这种设备的原型,可以有效地检测血糖含量,从而判断糖尿病的风险。领导该研究的赫尔曼教授向大众公开了他们的成果,并表示会不断改进技术,让这种隐形眼镜能够检测多种疾病信号,为人们提供全方位的健康数据。

健康助手
事实上,赫尔曼教授在项目的初期并没有想去制造隐形眼镜。他的目的是想改进现有糖尿病监测方式,从而缓解患者的不便。目前,实时监测血糖的方法只有向皮肤中植入电极,这不仅会造成疼痛,甚至会引发感染。经过多番考证,赫尔曼教授认为通过眼泪来检测血糖完全可以替代传统的血液检测。然而,现有的设备都无法直接对眼泪进行实时检测和分析。
在项目陷入困难之际,赫尔曼教授的同事给了他灵感:利用先进的半导体——复合镓氧化锌来制作感应器。复合镓氧化锌可谓电子工业的革命元勋,它的出现极大地提高了电视、手机、电脑等电子设备的分辨率。
很快,赫尔曼教授完成了他的设计。这个生物感应器由一层透明的复合镓氧化锌晶体管和少量葡萄糖氧化酶组成,并被安装到了一只隐形眼镜上。当感应器接触到眼泪中的葡萄糖,酶会迅速将它们氧化,引起pH值的改变,从而产生电流并穿过复合镓氧化锌晶体管。附着在复合镓氧化锌层上的纳米元件会准确地记录这种变化,计算出血糖的浓度。
这种看似简单的构造实际上蕴含着惊人的潜力。赫尔曼估计,在1平方厘米的隐形眼镜上可以安装2500个感应器,每种感应器都可以分别检测不同的信号分子,从而获得多种疾病的信号。
很可惜,目前这种隐形眼镜还不能向外部传输信号,科学家只能对通过设备的电流进行监控。按照赫尔曼教授的构想,他们马上就可以实现无线信号传输,利用隐形眼镜上的无线发射设备,将信号传递到外部的接收器上,再进行解读。届时,电脑、智能手机、智能手表中的应用程序(APP)都会成为我们的健康助手。

降低成本
2014年,谷歌公司曾经提出了与赫尔曼团队十分相近的构想,制造了一只能够实时监测血糖的隐形眼镜。不过赫尔曼教授表示,他们将采用更加先进的技术,使得眼镜完全透明化,不会妨碍正常的视线。
由于隐形眼镜是无法长期使用的,必须经常更换,因此,赫尔曼教授制造的设备必须保证成本足够低廉,从而让人们能够长期购买使用。赫尔曼教授和他的同事已经开发出一种成本更低廉的复合镓氧化锌晶体管制造技术。但他也承认,仍然有许多其他的成本需要降低。在这种设备的普及之路上,仍然有诸多困难。
我们期待赫尔曼教授的团队在未来能给我们带来更多惊喜,让隐形眼镜真正成为贴心的私人医生。

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