近紅外拉曼光譜技術，為患糖尿病帶來福音

   全球超過4.2億人口，約占人口總數(shù)的8.5%，都受到糖尿病影響——這是一種慢性疾病。在過去的30年中，隨著越來越多的發(fā)展中國家經(jīng)歷了城市化的發(fā)展和采用西方的飲食習慣，糖尿病的發(fā)病率幾乎翻了一番?！　　　鹘y(tǒng)血糖測試　　　　治療糖尿病需要持續(xù)的監(jiān)測和保養(yǎng)，這給患者群體以及他們的家庭帶來了沉重的負擔。此外，糖尿病的持續(xù)增長對國家經(jīng)濟和醫(yī)療系統(tǒng)造成了很大的負擔。　　　　目前糖尿病的診斷標準和治療方法是繁重和具有侵入性的，而無創(chuàng)血糖測試一直是困擾醫(yī)學界的世界性難題。為此，諸多國際性大企業(yè)雖投入數(shù)十億元進行研究，但研究結果往往很難達到FDA認證標準。醫(yī)學傳感技術的最新進展使無創(chuàng)糖尿病檢測和血糖監(jiān)測在醫(yī)學研究人員范圍內(nèi)得以實現(xiàn)?！　　　√悄虿≡\斷和治療的現(xiàn)行標準　　　　糖尿病的診斷和持續(xù)管理目前需要直接測量血糖或糖化血紅蛋白水平。醫(yī)療專業(yè)人員使用的方法有幾種，包括隨機或空腹血糖測試和葡萄糖耐量試驗。這些方法大部分指安培檢測法，因為血糖對試劑的反應會產(chǎn)生一個小的電荷，與樣品中糖的含量成比例。這種方法在實驗室環(huán)境下是非常準確的，而且也很好理解和標準化。　　　　盡管目前的檢測方法是被人們所接受的，但它們?nèi)匀唤o世界各地的醫(yī)學專業(yè)人士和患者帶來了許多問題。在某些文化中，可能會出現(xiàn)關于血液引出的社會限制或禁忌，難以保證患者的依從性。血液樣本也不穩(wěn)定，需要冷藏。這可能是發(fā)展中國家的一個重大問題，特別是在農(nóng)村地區(qū)，那里可能制冷和電力供應不便?！　　　÷蕴悄虿〉闹委熜枰颊呙刻祛l繁監(jiān)測血糖水平。這包括收集一個血液的小樣本，通常用采血針刺破手指。這是一個痛苦的過程，如果糖尿病抑制了治療能力可能會導致額外的并發(fā)癥，患者必須每天進行重復?！　　　‰m然手持式血糖監(jiān)測儀在全世界范圍內(nèi)越來越容易獲得(約占目前為消費者銷售的所有生物醫(yī)學傳感器的85%)，但血糖監(jiān)測仍然被認為是需要測試試紙的手動過程。　　　　除了溫度、濕度等環(huán)境因素能影響測試結果外，這些血液測試儀在任何情況下都無法提供精確的測量?！　　　o創(chuàng)血糖測試研究由于葡萄糖檢測的重復性和侵入性，以及世界范圍內(nèi)血液檢測存在的困難，研究人員急切地尋找非侵入性的標準安培檢測方法。研究人員分析了許多替代方法，包括基于碳納米管的方法和電化學測試。最近的重點轉移到利用拉曼光譜和近紅外吸收的光學檢測方法?！　　　〖词乖谘芯拷t外光譜的研究人員中，也有許多研究的途徑。除了血糖、糖化蛋白(即結合葡萄糖的蛋白)可以在指甲和頭發(fā)、尿液以及眼睛的房水內(nèi)檢測到?！　　　⊙芯恐凶钣邢Ｍ膬煞N方法包括使用近紅外光直接通過皮膚測量血糖，具有與脈搏血氧計相同的功能設計。指甲作為測試樣本是另一種正在研究中的方法?！　　　≡陂_發(fā)一種新的糖尿病無創(chuàng)測試協(xié)議時，研究人員所面臨的最大障礙是開發(fā)標準化的理解結果模型。測量參數(shù)必須考慮到線性吸收率，吸收模式和無數(shù)其他科學家和醫(yī)生必須了解的因素，以便開發(fā)用于解釋和預測光譜響應的標準化和可重復的模型。人類特征之間也存在差異，這些差異也必須被中和，以允許新協(xié)議的標準化?！　　　〗t外與診斷窗口　　　　許多用于生物醫(yī)學應用的光學感測技術都圍繞著近紅外線，因為一種被研究人員稱為光學窗口或診斷窗口的特殊現(xiàn)象?！　　　∪梭w組織對光的吸收與波長有關。DNA和蛋白質(zhì)吸收紫外(UV)光譜，紅外范圍被水高度吸收，可見光被血液中的血紅蛋白吸收。然而，在可見光譜的最后，并且在650nm和1100nm之間的近紅外(NIR)范圍內(nèi)，血紅蛋白或水幾乎沒有吸收，并且散射小于UV和可見光范圍。最重要的是，可以在這個范圍內(nèi)對活體使用光而不會對組織造成任何損害。　　　　嘗試這樣：在一個黑暗的房間里，個人可以通過手掌照射強光。他們會在手背上觀察到一個紅色光點。他們看到的是可見光譜的尾端，紅光在650-750 nm之間，屬于650-1100 nm的光學診斷窗口。通過這個光學診斷窗口，研究人員和醫(yī)生可以看到身體內(nèi)部?！　　　《趴舜髮W的Frans Jobsis博士在他1977年的具有里程碑意義的研究中表明，脫氧和氧合組織在近紅外光譜中顯示出不同的吸收特性。從那時起，近紅外光譜就被用于研究代謝疾病，如癌癥，心血管疾病，糖尿病，神經(jīng)障礙以及其他幾種困擾社會的疾病?！　　　〗t外拉曼光譜關于光學生物傳感器發(fā)展的最新實驗中，將Vis / NIR范圍內(nèi)可用的光學窗口與拉曼光譜學的分子指紋特征相結合。雖然這種技術的潛力非常有希望，但增加的拉曼分析的復雜性增加了開發(fā)標準化診斷模型的障礙。　　　　糖化指甲蛋白對糖尿病檢測的適用性　　　　生物醫(yī)學設備開發(fā)商正在爭相展示血液監(jiān)測技術的下一波進展，因為葡萄糖測試對日益增長的糖尿病人群至關重要，并且還因為葡萄糖傳感器的需求占生物傳感器市場的85%?！　　　∫粋€學術研究涉及糖化角蛋白的測定。角蛋白，構成頭發(fā)和指甲的蛋白質(zhì)，可以與葡萄糖結合。該糖化與血糖水平隨時間呈線性關系。糖尿病診斷的光譜模型的研究人員選擇指甲，因為糖尿病患者指甲特征的差異可觀察。開發(fā)標準化模型時指甲是比較好的選擇，因為其生長速率變化比頭發(fā)少?！　　　∵@種方法中使用指甲剪，可以提高糖尿病初步診斷的檢測，特別是在發(fā)展中國家?？梢詿o痛苦地收集指甲，無需特殊訓練。此外，與體液如血液相比，手指甲的文化和心理態(tài)度是寬松的;并且由于指甲穩(wěn)定，所以它們可以在不冷卻的情況下儲存數(shù)周，而不損失樣品的活性?！　　　⒅讣讟悠费心ゲ⑴c用于測試的反應試劑混合。由于指甲對這些反應劑沒有很好的滲透性，所以樣品需要準備時間以及可能進一步的處理。這種方法雖然微創(chuàng)，但仍然需要專業(yè)的樣品制備，應由經(jīng)過培訓的人員在實驗室進行，不幸的是不適合家庭葡萄糖監(jiān)測?！　　　⊥ㄟ^耳垂透射實現(xiàn)家庭使用　　　　研究人員還在研究透射率測量技術，這對家庭監(jiān)測應用是非常完美的。耳垂透光率測量實際上需要同時施加到耳垂的波長的組合。衰減的光被耳朵的任一側上的傳感器捕獲。首先，將綠色可見光的反射率用于確定皮膚參數(shù)，例如組織厚度。然后使用紅光透射率/吸收度來確定血容量，最后使用NIR波長來測定葡萄糖濃度。　　　　這種方法顯示了很好的前景，因為它是一個簡單的設計，包括用于耳垂的夾子，它與光纖光譜儀相連，對于沒有任何特殊訓練的人相對比較容易。另外，簡易的設計和無需樣品準備意味著它可以由任何人執(zhí)行，不需要實驗室監(jiān)督?！　　　】朔鈱W葡萄糖監(jiān)測的障礙　　　　對于目前正在研究的許多診斷方法，完全測試驗證的主要障礙是研究人員解決個體差異以便為分析結果創(chuàng)建一個標準化模型的能力。這些專家和科學家的研究使我們每天離廉價、無創(chuàng)和準確的血糖監(jiān)測方案的現(xiàn)實更進一步?！　　　‰m然不可能預測新技術或方法何時獲得聯(lián)邦藥物管理局(FDA)或相關醫(yī)療認證機構的批準，但可能性變得更加現(xiàn)實。由于醫(yī)生、科學家和研究人員在這些令人興奮的光學測試方法上的工作，糖尿病患者在不久的將來將不再需要經(jīng)受痛苦的血液測試。　　　　編輯點評　　　　現(xiàn)在糖尿病人接受的血糖測試多半需要抽血完成，給不少病患造成了痛苦和不便。如今醫(yī)學越來越朝向精準和無創(chuàng)的方向發(fā)展，近紅外拉曼光譜技術的助力，或許將實現(xiàn)血糖的無創(chuàng)檢測。不僅如此，這種檢測手段還有望應用于家庭自助檢測，給罹患糖尿病這種慢性疾病的患者帶來福音?！　　?/span>