12月20日，清華大學(xué)航天航空學(xué)院柔性電子技術(shù)研究中心馮雪課題組在《科學(xué)進展》（Science Advances）期刊上發(fā)表了題為《用于無創(chuàng)血糖監(jiān)測的電化學(xué)雙通道類皮膚生物傳感系統(tǒng)》（“Skin-like biosensor system via electrochemical channels for noninvasive blood glucose monitoring”）的研究成果，在人體皮膚表面實現(xiàn)醫(yī)學(xué)意義上的無創(chuàng)血糖測量，并具有醫(yī)療級精度。該成果利用類皮膚柔性傳感技術(shù)建立了新的無創(chuàng)血糖測量醫(yī)學(xué)方法，為解決無創(chuàng)血糖動態(tài)連續(xù)監(jiān)測提供了一條新途徑，為全球數(shù)以億計的糖尿病患者的治療與慢性疾病的管理帶來了福音。
該成果相關(guān)內(nèi)容已經(jīng)被《科學(xué)進展》媒體團隊（Science Advances Press Package Team）推薦給《紐約時報》《華爾街日報》《經(jīng)濟學(xué)人》等國際知名媒體。12月21日，國際電氣與電子工程師協(xié)會（IEEE）的旗艦出版物《科技縱覽》（IEEE Spectrum）對該論文率先進行了專題報道，來自普渡大學(xué)和少年糖尿病研究基金會 （JDRF）糖尿病研究基金會的研究人員給予高度評價。
糖尿病已經(jīng)成為威脅現(xiàn)代人健康和生命的重大慢性疾病。2015年全球共有超過4億糖尿病患者，中國糖尿病患者人數(shù)超1億，位居全球首位。通過“扎手指”取血測量血糖的方法具有疼痛感，影響糖尿病病人的生活質(zhì)量和自我監(jiān)測長期依從性，目前的無創(chuàng)連續(xù)血糖監(jiān)測方法仍無法直接測量血液中葡萄糖，在準確性、便利性以及完全無創(chuàng)性等關(guān)鍵問題上仍未突破。
基于電化學(xué)雙通道的無創(chuàng)血糖測量方法示意圖和實驗圖
馮雪課題組發(fā)展了基于力學(xué)-化學(xué)耦合原理的電化學(xué)雙通道無創(chuàng)血糖測量方法，利用可以與人體自然共型貼附的柔性電子器件，對皮膚表面施加不會引起皮膚不良反應(yīng)的電場，通過離子導(dǎo)入的方式改變組織液滲透壓，調(diào)控血液與組織液滲透和重吸收平衡關(guān)系，驅(qū)使血管中的葡萄糖按照設(shè)計路徑主動、定向地滲流到皮膚表面，繼而通過只有3.8微米厚的超薄柔性生物傳感器件進行高精度測量。
為了實現(xiàn)皮膚表面的微量葡萄糖的精準測量，馮雪課題組結(jié)合多年的可延展柔性電子器件研究經(jīng)驗，基于力學(xué)原理在1.2微米厚的薄膜上制備了具有四層功能層的類皮膚生物傳感器。通過制備器件表面微結(jié)構(gòu)實現(xiàn)了納米級厚度的電子介體電化學(xué)沉積，利用基于液體表面張力和蒸發(fā)毛細力的仿生液滴轉(zhuǎn)印方法，將多層超薄生物傳感器從制備基底上無損地剝離下來，實現(xiàn)整體厚度只有3.8微米的類皮膚柔性生物傳感器的制備。該傳感器具有130.4μA/mM的葡萄糖測量靈敏度和對葡萄糖的高度選擇性，重復(fù)測量誤差<1%。
類皮膚生物傳感器及結(jié)構(gòu)示意圖
臨床實驗表明，基于該電化學(xué)雙通道無創(chuàng)測量原理與類皮膚生物傳感器的無創(chuàng)血糖測量系統(tǒng)，其對人體血糖濃度測量的結(jié)果與血糖儀及金標準靜脈血血糖濃度測量結(jié)果的相關(guān)度達到0.9以上，達到了醫(yī)療級監(jiān)測和診斷的標準，具有巨大應(yīng)用潛力。
另外，馮雪課題組關(guān)于超薄柔性類皮膚生物傳感器設(shè)計、制備和測試方法的研究成果在微電子國際頂級會議國際電子器件會議 （IEDM 2017）上發(fā)表并做邀請報告。國際電子器件會議在國際微電子領(lǐng)域具有權(quán)威的學(xué)術(shù)地位和廣泛的影響力，主要報道國際微電子器件領(lǐng)域的最新研究進展，是著名高校、研發(fā)機構(gòu)和行業(yè)領(lǐng)軍企業(yè)報告其最新研究成果和技術(shù)突破的主要平臺。
清華大學(xué)航院、柔性電子技術(shù)研究中心博士生陳毅豪為文章第一作者，馮雪教授是論文通訊作者，參與該工作的還有中國人民解放軍空軍總醫(yī)院王新宴團隊。該研究工作得到了科技部973計劃項目、國家自然科學(xué)基金項目的資助。