12月20日，清華大學(xué)航天航空學(xué)院柔性電子技術(shù)研究中心馮雪課題組在《科學(xué)進(jìn)展》（Science Advances）期刊上發(fā)表了題為《用于無(wú)創(chuàng)血糖監(jiān)測(cè)的電化學(xué)雙通道類皮膚生物傳感系統(tǒng)》（“Skin-like biosensor system via electrochemical channels for noninvasive blood glucose monitoring”）的研究成果，在人體皮膚表面實(shí)現(xiàn)醫(yī)學(xué)意義上的無(wú)創(chuàng)血糖測(cè)量，并具有醫(yī)療級(jí)精度。該成果利用類皮膚柔性傳感技術(shù)建立了新的無(wú)創(chuàng)血糖測(cè)量醫(yī)學(xué)方法，為解決無(wú)創(chuàng)血糖動(dòng)態(tài)連續(xù)監(jiān)測(cè)提供了一條新途徑，為全球數(shù)以億計(jì)的糖尿病患者的治療與慢性疾病的管理帶來(lái)了福音。
該成果相關(guān)內(nèi)容已經(jīng)被《科學(xué)進(jìn)展》媒體團(tuán)隊(duì)（Science Advances Press Package Team）推薦給《紐約時(shí)報(bào)》《華爾街日?qǐng)?bào)》《經(jīng)濟(jì)學(xué)人》等國(guó)際知名媒體。12月21日，國(guó)際電氣與電子工程師協(xié)會(huì)（IEEE）的旗艦出版物《科技縱覽》（IEEE Spectrum）對(duì)該論文率先進(jìn)行了專題報(bào)道，來(lái)自普渡大學(xué)和少年糖尿病研究基金會(huì) （JDRF）糖尿病研究基金會(huì)的研究人員給予高度評(píng)價(jià)。
糖尿病已經(jīng)成為威脅現(xiàn)代人健康和生命的重大慢性疾病。2015年全球共有超過(guò)4億糖尿病患者，中國(guó)糖尿病患者人數(shù)超1億，位居全球首位。通過(guò)“扎手指”取血測(cè)量血糖的方法具有疼痛感，影響糖尿病病人的生活質(zhì)量和自我監(jiān)測(cè)長(zhǎng)期依從性，目前的無(wú)創(chuàng)連續(xù)血糖監(jiān)測(cè)方法仍無(wú)法直接測(cè)量血液中葡萄糖，在準(zhǔn)確性、便利性以及完全無(wú)創(chuàng)性等關(guān)鍵問(wèn)題上仍未突破。
基于電化學(xué)雙通道的無(wú)創(chuàng)血糖測(cè)量方法示意圖和實(shí)驗(yàn)圖
馮雪課題組發(fā)展了基于力學(xué)-化學(xué)耦合原理的電化學(xué)雙通道無(wú)創(chuàng)血糖測(cè)量方法，利用可以與人體自然共型貼附的柔性電子器件，對(duì)皮膚表面施加不會(huì)引起皮膚不良反應(yīng)的電場(chǎng)，通過(guò)離子導(dǎo)入的方式改變組織液滲透壓，調(diào)控血液與組織液滲透和重吸收平衡關(guān)系，驅(qū)使血管中的葡萄糖按照設(shè)計(jì)路徑主動(dòng)、定向地滲流到皮膚表面，繼而通過(guò)只有3.8微米厚的超薄柔性生物傳感器件進(jìn)行高精度測(cè)量。
為了實(shí)現(xiàn)皮膚表面的微量葡萄糖的精準(zhǔn)測(cè)量，馮雪課題組結(jié)合多年的可延展柔性電子器件研究經(jīng)驗(yàn)，基于力學(xué)原理在1.2微米厚的薄膜上制備了具有四層功能層的類皮膚生物傳感器。通過(guò)制備器件表面微結(jié)構(gòu)實(shí)現(xiàn)了納米級(jí)厚度的電子介體電化學(xué)沉積，利用基于液體表面張力和蒸發(fā)毛細(xì)力的仿生液滴轉(zhuǎn)印方法，將多層超薄生物傳感器從制備基底上無(wú)損地剝離下來(lái)，實(shí)現(xiàn)整體厚度只有3.8微米的類皮膚柔性生物傳感器的制備。該傳感器具有130.4μA/mM的葡萄糖測(cè)量靈敏度和對(duì)葡萄糖的高度選擇性，重復(fù)測(cè)量誤差<1%。
類皮膚生物傳感器及結(jié)構(gòu)示意圖
臨床實(shí)驗(yàn)表明，基于該電化學(xué)雙通道無(wú)創(chuàng)測(cè)量原理與類皮膚生物傳感器的無(wú)創(chuàng)血糖測(cè)量系統(tǒng)，其對(duì)人體血糖濃度測(cè)量的結(jié)果與血糖儀及金標(biāo)準(zhǔn)靜脈血血糖濃度測(cè)量結(jié)果的相關(guān)度達(dá)到0.9以上，達(dá)到了醫(yī)療級(jí)監(jiān)測(cè)和診斷的標(biāo)準(zhǔn)，具有巨大應(yīng)用潛力。
另外，馮雪課題組關(guān)于超薄柔性類皮膚生物傳感器設(shè)計(jì)、制備和測(cè)試方法的研究成果在微電子國(guó)際頂級(jí)會(huì)議國(guó)際電子器件會(huì)議 （IEDM 2017）上發(fā)表并做邀請(qǐng)報(bào)告。國(guó)際電子器件會(huì)議在國(guó)際微電子領(lǐng)域具有權(quán)威的學(xué)術(shù)地位和廣泛的影響力，主要報(bào)道國(guó)際微電子器件領(lǐng)域的最新研究進(jìn)展，是著名高校、研發(fā)機(jī)構(gòu)和行業(yè)領(lǐng)軍企業(yè)報(bào)告其最新研究成果和技術(shù)突破的主要平臺(tái)。
清華大學(xué)航院、柔性電子技術(shù)研究中心博士生陳毅豪為文章第一作者，馮雪教授是論文通訊作者，參與該工作的還有中國(guó)人民解放軍空軍總醫(yī)院王新宴團(tuán)隊(duì)。該研究工作得到了科技部973計(jì)劃項(xiàng)目、國(guó)家自然科學(xué)基金項(xiàng)目的資助。