在一項新的研究中，來自韓國基礎科學研究所（IBS）納米顆粒研究中心的研究人員制造出一種基于石墨烯的糖尿病補片（diabetes patch），它通過使用人汗液而允許準確地監(jiān)控糖尿病和反饋治療結果。研究人員通過將電化學活性的柔軟功能性材料整合在摻金石墨烯（gold-doped graphene）和蛇形金絲網（serpentine-shape gold mesh）的混雜物上而改善這種生物醫(yī)學設備的檢測能力。正如基于酶的葡萄糖傳感器受到pH值和溫度的影響，這種補片設備的pH值和溫度監(jiān)控功能能夠系統(tǒng)性地校正汗液葡萄糖測量值。相關研究結果于2016年3月21日在線發(fā)表在Nature Nanotechnology期刊上，論文標題為“A graphene-based electrochemical device with thermoresponsive microneedles for diabetes monitoring and therapy”。

糖尿病和調節(jié)葡萄糖水平

胰島素是在胰腺中產生的，調節(jié)葡萄糖的使用，從而維持血糖水平平衡。糖尿病導致血糖水平不平衡：不充足的胰島素數(shù)量導致較高的血糖水平，即高血糖癥。2型糖尿病是最為常見的糖尿病，而且已知沒有治愈方法。它影響大約300萬韓國人，而且這一數(shù)字因膳食模式和老齡化社會仍在不斷增加。當前用來治療糖尿病的方法是讓人痛苦的、不便利的和昂貴的；定期地訪問醫(yī)生，而且需要家庭測試儀器記錄血糖水平。病人也不得不接受不愉快的胰島素注射來調節(jié)血糖水平。因此，病人迫切需要利用多功能的可穿戴設備對重要的糖尿病標志物進行非侵入式地、無疼痛地和無壓力地監(jiān)控。IBS開發(fā)的這種設備有助解決這一問題，因而降低漫長而又昂貴地訪問醫(yī)生和藥店的次數(shù)。

基于石墨烯的可穿戴設備組件

IBS納米顆粒研究中心科學家KIM Dae-Hyeong描述了多種組件。“我們的基于石墨烯的可穿戴設備不僅能夠監(jiān)測汗液葡萄糖水平和pH值，而且也可通過溫度反應性微針（temperature-responsive microneedle）控制藥物經皮給藥。準確的汗液葡萄糖測量值被用來估計病人血液中的葡萄糖水平。在多次使用后，這種設備仍然保持它的初始靈敏度，因而允許多次治療。將這種設備連接到便攜式/無線的電源和數(shù)據(jù)傳輸單位，從而能夠即時治療糖尿病。” KIM Dae-Hyeong繼續(xù)描述這種設備的工作方式，“將這種補片貼在皮膚上，當汗液產生時，對汗液葡萄糖的檢測就開始了。這種補片的濕度傳感器組件監(jiān)測相對濕度（relative humidity，RH）增加。這種補片的汗液吸取層平均花費15分鐘收集汗液，并且達到80%以上的相對濕度，在這時，葡萄糖和pH值測量才開始進行。”

糖尿病補片的益處和藥物給藥

相比于當前的治療方法，這種設備因允許非侵入式治療取得巨大進展。在這項研究期間，兩名健康男性參與測試以便驗證這種設備的汗液葡萄糖檢測能力。研究人員記錄了這兩人的葡萄糖和pH水平；統(tǒng)計學分析證實來自這種糖尿病補片的汗液葡萄糖數(shù)據(jù)與來自商業(yè)上的葡萄糖測試的數(shù)據(jù)存在可靠的相關性。如果異常高水平的葡萄糖檢測到，那么藥物就通過藥物裝載微針釋放到病人血液中。這種石墨烯設備的柔韌性的、半透明的類似皮膚的外觀，使得它可以輕松地和舒適地與人類皮膚相接觸，從而讓它不受任何皮膚變形的影響。這能夠穩(wěn)定地檢測葡萄糖水平和高效地進行藥物給藥。

研究人員也通過在糖尿病模式小鼠體內開展實驗驗證這種設備的治療效果。當將這種設備放在糖尿病小鼠腹部附近時，治療就開始了。微針刺破小鼠的皮膚，釋放二甲雙胍（Metformin）---一種調節(jié)胰島素的藥物---到血液中。相比于對照組小鼠，接受微針治療的那組小鼠表現(xiàn)出顯著的血糖濃度抑制。KIM Dae-Hyeong評論道，“人們能夠輕松地利用新的微針替換使用過的微針。經皮給藥的二甲雙胍治療要比經過消化系統(tǒng)給藥的更加高效，這是因為這種藥物直接通過皮膚進行代謝循環(huán)。”他繼續(xù)評論道，“利用納米材料和設備取得的這些進展提供新的機會用于治療諸如糖尿病之類的慢性疾病。”