BITS利用3D 打印制造新型非侵入式便攜設(shè)備，用于檢測和監(jiān)測糖尿病

2023年9月1日，南極熊獲悉，來自印度海得拉巴比爾拉技術(shù)與科學(xué)研究所(BITS) 的研究人員推出了一種利用3D打印便攜設(shè)備檢測和監(jiān)測糖尿病的新方法。

通過利用 3D 打印技術(shù)，研究人員制作了一種便攜式設(shè)備，能夠分析汗液樣本中存在的葡萄糖和乳酸濃度。該研究得到了特倫甘納邦科學(xué)技術(shù)委員會(TSCOST) 的支持，證明了汗液作為關(guān)鍵分析底物的天然潛力，特別是對于持續(xù)跟蹤 1 型和 2 型患者的血糖水平糖尿病。

正如 Sanket Goel 教授所概述的，該設(shè)備的制作涉及 3D 打印、CO2激光技術(shù)和石墨烯電極的整合。此外，學(xué)生們還負(fù)責(zé)在開發(fā)過程中從內(nèi)部提取石墨烯。Goel教授表示：“該系統(tǒng)的非侵入性特性消除了使用血液樣本來測量血糖水平的需要。它也可以與血液一起工作，其創(chuàng)新之處在于它需要汗液樣本來檢測乳酸濃度�！�

△研究人員利用機器學(xué)習(xí)來精準(zhǔn)測定乳酸濃度。圖片來自 BITS。

低成本且有效的替代方案

Goel教授強調(diào)了該設(shè)備識別乳酸水平的機制。他說該設(shè)備基于電化學(xué)發(fā)光（ECL）進行操作。該設(shè)備通過在引入汗液作為輸入時發(fā)射電信號來發(fā)揮作用。隨后，發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，產(chǎn)生光發(fā)射作為輸出。通過測量光強度，可以確定乳酸的濃度。

此外，通過使用機器學(xué)習(xí)，研究人員能夠確定對治療至關(guān)重要的乳酸濃度。他們設(shè)計了一種連接到智能手機的便攜式設(shè)備，通過應(yīng)用程序顯示代謝數(shù)據(jù)。據(jù)研究人員稱，該設(shè)備正在開發(fā)為可穿戴版本，用于持續(xù)監(jiān)控。他們計劃與一家公司（目前匿名）合作，在6-9個月內(nèi)推出該設(shè)備，每件產(chǎn)品的預(yù)期成本為300-400盧比（3.63-4.84美元）。

△比爾拉（Birla）技術(shù)與科學(xué)學(xué)院校園。 圖片來自 BITS

3D打印增強糖尿病監(jiān)測和治療

英國斯塔福德郡大學(xué)的研究人員開發(fā)了一種經(jīng)濟高效的3D 打印鞋墊，具有集成傳感功能，可預(yù)防糖尿病足潰瘍。3D 打印鞋墊使用可調(diào)結(jié)構(gòu)來檢測行走時的壓力點，幫助臨床醫(yī)生識別脆弱患者的潰瘍早期跡象并避免截肢。這種基于 TPU 的靈活設(shè)計由連體六邊形組成，可保護糖尿病患者的腳免受壓力。隨著時間的推移，微觀結(jié)構(gòu)的損傷不斷累積，有助于繪制脆弱區(qū)域的地圖。經(jīng)過 2,000 次測試循環(huán)后，鞋墊經(jīng)久耐用，壓力閾值為 252 kPa。

△斯塔福德郡大學(xué)團隊開發(fā)的傳感器鞋墊、內(nèi)部結(jié)構(gòu)以及根據(jù)其測試性能繪制的圖表。圖片來自英國皇家學(xué)會開放科學(xué)雜志。

希臘國立卡波迪斯特里亞大學(xué)的研究人員開發(fā)了一種3D 打印設(shè)備，允許糖尿病患者僅使用汗水和標(biāo)準(zhǔn)智能手機來監(jiān)測血糖水平。該團隊使用Flashforge Creator Pro 3D 打印機和導(dǎo)電絲，制造了一個帶有三個塑料電極的電化學(xué)環(huán)（或“e 環(huán)”）。一旦連接到微型電路板，傳感器就會使用生物標(biāo)記物準(zhǔn)確跟蹤血糖水平，與傳統(tǒng)的血糖儀針相比，提供侵入性較小的自檢選項。由于傳統(tǒng)酶傳感器的局限性，該方法轉(zhuǎn)向基于汗液的生物標(biāo)記物。連接到三星J5智能手機的鍍金傳感器在糖誘導(dǎo)的“人工汗液”測試后顯示出精確的讀數(shù)。這種方法有望成為易于使用、精確的內(nèi)部 3D 打印血糖儀。

△研究人員的 3D 打印“電子環(huán)”（如圖）可以連接到標(biāo)準(zhǔn) Android 智能手機。照片來自《分析化學(xué)》雜志。