微创及无创血糖检测方法研究现状综述

糖尿病作为一种进展性疾病，目前在临床中尚无可以治愈糖尿病的方法，现有治疗手段大多采用服用药物或注射胰岛素方式进行控制和缓解。血糖检测作为糖尿病综合管理的重要环节，在糖尿病诊断、糖尿病控制以及糖尿病治疗方面发挥重要作用。尽管有创检测方法已广泛应用于临床糖尿病患者，但该种方法依从性较差、每次检测更换耗材费用较高、检测的稳定性差，不便于实现频繁和连续性的检测。

传感器技术的革命使糖尿病有创检测向微创检测发展成为了可能，近年来在传统有创血糖检测方法基础上衍生出多种微创血糖检测方法，虽然这类方法具有低采血量、伤口小、高准确率的优势，但仍存在生物相容性差、成本高、易受干扰等问题。为解决有创及微创血糖检测存在的问题，开发出一种无创伤性非侵入式的血糖检测方法成为国内外众多科学家与医疗器械企业的研究目标。

据麦姆斯咨询报道，近期，天津大学的研究人员在《生物医学工程学杂志》发表题为“微创及无创血糖检测方法研究现状”的综述性文章，围绕微创及无创血糖检测技术进行了论述，重点分析归纳了各种检测方法目前存在的问题并对其发展趋势进行了展望。

比色检测法

比色检测是通过离心分离、电泳、沉淀或膜技术将血液中的组成成分分离，提取分离成分中的葡萄糖，并加入用于葡萄糖检测的比色分析酶和生色剂（葡萄糖氧化酶、辣根过氧化物酶和二氨基联苯胺等物质）使葡萄糖分解，通过显色结果实现血糖浓度的定量分析。

Dai等将血液中的葡萄糖分解为葡萄糖酸和过氧化氢，并使其显色，经过图像处理软件反转为黑白图像后，对图像灰度值识别发现显色效果与血糖值之间存在相关性。该种方法的测量结果与基于电化学方法的传统血糖仪相比，误差范围在9%以内。

基于凝胶的血糖比色检测装置

荧光检测法

荧光检测法是在人体腹部或上臂皮下植入含有对血糖特异敏感的荧光分子的聚合物微粒，通过荧光偶联葡萄糖传感器实现对葡萄糖分子的可逆识别，无需酶或试剂的催化。通过对荧光强度的检测结果进行血糖浓度的数值转化，检测者可以通过外接数值显示器获取检测结果，完成血糖检测。

然而，尽管荧光葡萄糖生物传感器无需手术便可植入，其微创性与便捷性为糖尿病患者所接受，但植入后传感器周围的细胞或蛋白质污染以及纤维囊的形成会导致传感器精度下降，最终造成传感器在体内失效。因此，微小型生物传感器的生物相容性的提升成为植入传感器发展中的一个重要目标。

旋光法

由于葡萄糖是一种光学活性物质，当偏振光束照射到含有葡萄糖的溶液时，溶液中的葡萄糖会引起入射光的偏振面发生一定的旋转使得偏振方向与原始入射方向形成一个偏转角，而偏转角的大小与溶液中葡萄糖含量成正比，这使运用葡萄糖的旋光性检测血糖成为可能。为避免葡萄糖在皮肤和组织中的高度光散射，故将房水作为偏振光旋光法的主要检测对象，然而该种方法在检测时容易受到眼球移动及房水中其他介质的干扰，导致检测结果存在误差。

光学相干断层成像法（OCT）

光学相干断层成像法（OCT）是基于低相干干涉的深度定向层析成像技术，通过识别血液中不同葡萄糖浓度在不同真皮组织中散射系数的变化，建立血糖浓度与OCT信号斜率之间的线性关系，完成血糖浓度的定量分析。OCT一般选择皮肤较薄的部位完成检测，具有灵敏度和成像分辨率高（微米量级）的特点，可以获取高分辨率的人体组织结构图像。然而OCT检测组织液葡萄糖浓度与静脉血糖浓度的延迟时间受到皮肤深度影响，皮下区域越深，延迟时间越长，检测结果的准确性得不到保证。

OCT检测血糖的计算模型的通用性和可重复性成为制约该技术发展的关键。Weatherbee等基于光纤的光谱域OCT系统开发了OCT动态光散射模型，检测了各种葡萄糖浓度、流速和流动角度，通过对布朗运动引起的随机多普勒位移和由于流动导致的探测器上的动态散斑图案进行分析，实现了对功率频谱的数学模型的优化。尽管该模型摆脱了OCT对血糖浓度检测的局限性，但该模型的可行性较低。

基于光学相干断层成像法的血糖检测装置

近红外光谱法

由于血液中葡萄糖分子振动和分子内部键的旋转，增加了血液的近红外光吸收能力，通过检测葡萄糖分子中含氢基团（O-H和C-H）对近红外光谱780 nm～2500 nm范围内波长的吸收和散射的变化，完成血糖的定量分析。近红外光谱法一般选择皮肤较薄的部位检测，但是人体的个体差异、生物组织成分的背景干扰会影响检测的准确性。为避免背景干扰，国内外科学家围绕数据去噪、选择和特征提取等方面进行改进，取得了诸多突破性进展。Wu等提出在温度干扰下的近红外光谱的修正方法，证实了基于温度不敏感径向距离的检测方法可以有效降低温度变化对血糖检测准确性的影响。

近红外血糖检测装置及检测原理示意图

拉曼光谱法

拉曼光谱法检测血糖是通过使用从可见光到中红外光的单色光源，利用单色光源的光波与组织样品间的相互作用，引起组织内葡萄糖分子旋转和振动，由于葡萄糖分子之间的振动与葡萄糖的分子浓度密切相关，这使得血糖浓度的量化成为可能。目前拉曼光谱法主要根据糖化血红蛋白与血糖浓度之间的线性关系，完成血糖的检测。拉曼光谱法的主要局限是葡萄糖的信号非常微弱，并且蛋白质分子会在检测过程中产生很大的干扰。

构建糖化血红蛋白与血糖浓度之间的模型，成为排除蛋白质分子的干扰，提高葡萄糖浓度检测准确性的关键。Shih等证明了偏最小二乘法回归的回归向量与葡萄糖溶液的已知拉曼光谱之间的相似性（R > 0.93），并对实验动物狗进行血糖检测实验。

基于拉曼光谱法的血糖检测装置示意图

综上所述，近年来国内外对微创和无创血糖检测的方法已开展了诸多研究，多种新型的微创及无创血糖检测方法避免了传统有创血糖检测需要重复指尖采血带来的创伤和交叉感染的风险，使血糖长期连续监测和智能闭环治疗成为可能，具有广阔的市场应用前景。然而，归纳到目前为止存在的微创和无创血糖检测技术，尚存在以下问题：

（1）微创及无创血糖检测技术中使用的葡萄糖传感器存在灵敏度低、需要定期校准、检测结果延迟以及组织损伤等问题。尽管采用多种新型纳米电极使得传感器的特异性和灵敏度有所提高，但仍面临生产成本高、无法批量生产、价格昂贵的难题。

（2）光学无创血糖检测方法虽然消除了检测材料与血液或皮肤直接接触的风险，但光学方法是通过各种光波对体内葡萄糖浓度的特定反应间接估计血糖水平，测定的血糖值与实际血糖值存在偏差，且线性范围窄，需要后续的算法校正。此外不同检测对象的个体差异如肤色、皮肤厚度和基础代谢率的差异会导致葡萄糖浓度存在非线性差异，目前基于临床试验样本的拟合方法不能完全适用于所有个体，缺乏大量样本人群的临床试验数据对方法进行优化。

总结以上研究的不足，展望未来微创和无创血糖检测的研究前景，作者认为可从以下方向展开深入研究：（1）克服不同生理信号间的干扰，实现葡萄糖浓度的精准检测；（2）结合更多的物理参数（如pH、温度）和其他与血糖相关的生物标志物，以纠正检测结果。通过完善以上方面的研究，未来有望找到并设计出高精准性、高生物相容性和高安全性的实时动态检测血糖浓度的方案。

审核编辑：刘清