最新发明：麻省理工学院通过近红外光来准确测量血糖

安妮·特拉夫顿 | 麻省理工学院新闻
出版日期：2025年12月3日

麻省理工学院开发了一种测量血糖水平的非侵入性方法，可以避免糖尿病患者每天刺几次手指。

麻省理工学院团队使用拉曼光谱法——一种通过近红外光或可见光照射组织来揭示组织的化学成分的技术——开发了一种鞋盒大小的设备，无需任何针头即可测量血糖水平。

在对健康志愿者的测试中，研究人员发现，他们设备的测量结果与商业连续血糖监测传感器的测量结果相似，这些传感器需要在皮肤下植入电线。 虽然本研究中展示的设备太大，无法用作可穿戴传感器，但研究人员开发了一个可穿戴版本，他们目前正在一项小型临床研究中进行测试。

“长期以来，手指棒一直是测量血糖的标准方法，但没有人愿意每天戳手指，一天多次。 麻省理工学院研究科学家、该研究的高级作者Jeon Woong Kang说：“自然，许多糖尿病患者的血糖水平测试不足，这可能会导致严重的并发症。” “如果我们能制造出高精度的非侵入性血糖监测仪，那么几乎每个糖尿病患者都会从这项新技术中受益。”

麻省理工学院博士后Arianna Bresci是这项新研究的主要作者，该研究今天发表在《分析化学》杂志上。 其他作者包括麻省理工学院激光生物医学研究中心主任、麻省理工学院生物工程和机械工程教授Peter So；以及总部位于韩国的生物技术公司Apollon Inc.的Youngkyu Kim和Miyeon Jue。

非侵入性葡萄糖测量

虽然大多数糖尿病患者通过抽血并用血糖仪测试来测量他们的血糖水平，但有些人使用可穿戴监测器，该监测器有一个传感器插入皮肤下方。 这些传感器提供间质液的连续葡萄糖测量，但它们可能会引起皮肤刺激，需要每10到15天更换一次。

为了创造对患者更舒适的可穿戴血糖监测器，麻省理工学院LBRC的研究人员一直在追求基于拉曼光谱的非侵入性传感器。 这种类型的光谱学通过分析近红外光在遇到不同类型的分子时如何散射或偏转来揭示组织或细胞的化学成分。

2010年，LBRC的研究人员表明，他们可以根据沐浴皮肤细胞的间质液的拉曼信号和血糖水平的参考测量的比较，间接计算葡萄糖水平。 虽然这种方法可以产生可靠的测量结果，但将其转换为葡萄糖监测器并不实用。

最近，研究人员报告了一项突破，使他們能夠直接测量面板的葡萄糖拉曼信号。 通常情况下，这个葡萄糖信号太小，无法从组织中分子产生的所有其他信号中挑出来。 麻省理工学院团队找到了一种方法，通过以不同的角度将近红外光照射到皮肤上，从而收集由此产生的拉曼信号。

研究人员使用台式打印机大小的设备获得了这些测量值，从那时起，他们一直在努力进一步缩小设备的占地面积。

在他们的新研究中，他们能够通过分析拉曼光谱中的三个波段——与特定分子特征相对应的光谱区域——来创建一个更小的设备。

通常，拉曼光谱可能包含大约1000个波段。 然而，麻省理工学院团队发现，他们只需测量三个带就可以确定血糖水平——一个来自葡萄糖，加上两个背景测量。 这种方法使研究人员能够减少所需的设备数量和成本，使他们能够使用鞋盒大小的具有成本效益的设备进行测量。

Bresci说：“通过避免获取包含大量冗余信息的整个频谱，我们从大约1000个频段中选择了三个频段。” “通过这种新方法，我们可以更改基于拉曼的设备中常用的组件，并节省空间、时间和成本。”

走向可穿戴传感器

在麻省理工学院临床翻译研究中心（CCTR）进行的一项临床研究中，研究人员使用新设备在四小时内对一名健康志愿者进行读数。 当受试者将手臂放在设备顶部时，近红外光束通过一个小玻璃窗照射到皮肤上进行测量。

每次测量需要30秒多一点，研究人员每五分钟进行一次新的读数。

在研究期间，受试者喝了两杯75克的葡萄糖饮料，使研究人员能够监测血糖浓度的显著变化。 他们发现，基于拉曼的设备的准确性水平与受试者佩戴的两个市售的侵入性葡萄糖监测器相似。

自完成这项研究以来，研究人员开发了一个更小的原型，大约是手机大小，他们目前正在麻省理工学院CCTR测试该原型，作为健康和糖尿病前期志愿者的可穿戴显示器。 明年，他们计划与当地一家医院合作进行一项更大的研究，其中包括糖尿病患者。

研究人员还在努力使该设备更小，大约是手表的大小。 此外，他们正在探索确保设备能够从不同肤色的人那里获得准确的读数的方法。

这项研究由美国国家卫生研究院、韩国中小企业技术和信息促进局和Apollon Inc.资助。