糖尿病是全球影响数亿人的慢性疾病，而血糖监测是糖尿病管理的关键环节。传统的血糖监测方法通常需要患者频繁进行指尖采血，这不仅痛苦，还可能导致患者监测不足，从而引发严重的并发症。麻省理工学院(MIT)的研究团队最近开发出一种革命性的无创血糖监测技术，通过向皮肤发射近红外光，能够准确测量血糖水平，为糖尿病患者带来了新的希望。
技术原理：拉曼光谱学的创新应用
MIT团队使用的核心技术是拉曼光谱学(Raman spectroscopy)，这是一种能够通过向组织发射近红外或可见光来揭示其化学成分的技术。当光照射到皮肤上时，不同种类的分子会使光线发生散射或偏转，而拉曼光谱能够分析这些散射信号，从而确定特定分子的存在和浓度。
"对于拉曼光谱在葡萄糖检测中的应用，最大的挑战是葡萄糖信号太弱，很难从组织中其他分子产生的信号中分离出来，"研究的主要作者、MIT博士后Arianna Bresci解释道。"我们的突破在于找到了一种方法，通过从特定角度发射近红外光并收集拉曼信号，能够有效过滤掉大部分不需要的信号。"
技术演进：从实验室到临床应用
MIT激光生物医学研究中心(LBRC)的研究人员在无创血糖监测领域已经探索了十多年。早在2010年，该中心的研究人员就展示了如何通过比较皮肤细胞间液的拉曼信号和血糖水平的参考测量来间接计算血糖水平。虽然这种方法产生了可靠的测量结果，但并不适合转化为实际的血糖监测设备。
2020年，研究团队报告了一项重大突破，使他们能够直接从皮肤测量葡萄糖拉曼信号。这一发现为开发实用的无创监测设备奠定了基础。
在最新的研究中，研究团队通过分析拉曼光谱中的三个波段——对应特定分子特征的光谱区域——成功开发出更紧凑的设备。传统的拉曼光谱可能包含约1000个波段，而MIT团队发现只需测量三个波段——一个来自葡萄糖，另外两个作为背景测量——就可以确定血糖水平。
"通过获取整个光谱，我们避免了大量冗余信息，将分析范围缩小到从约1000个波段中选出的三个，"Bresci表示。"这种方法使我们能够改变拉曼设备中常用的组件，节省空间、时间和成本。"
设备性能：精准与实用的完美结合
在MIT临床转化研究中心(CCTR)进行的一项临床研究中，研究人员使用新设备对一名健康志愿者进行了为期四小时的血糖监测。当受试者将手臂放在设备上时，近红外光束通过一个小玻璃窗口照射到皮肤上进行测量。
每次测量需要30多秒，研究人员每五分钟获取一次新的读数。在研究期间，受试者摄入了两份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。结果显示，基于拉曼的设备的准确性与受试者佩戴的两款商业侵入式血糖监测传感器相当。
"长期以来，指尖采血一直是测量血糖的标准方法，但没有人愿意每天多次刺破自己的手指，"资深作者、MIT研究科学家Jeon Woong Kang表示。"自然地，许多糖尿病患者血糖监测不足，这可能导致严重的并发症。如果我们能够制造出高精度的无创血糖监测仪，那么几乎每个糖尿病患者都将从这项新技术中受益。"
未来发展：迈向可穿戴设备
完成上述研究后，研究团队已经开发出一个更小的原型，大小与手机相当，目前正在MIT CCTR作为可穿戴监测设备在健康和糖尿病前期的志愿者中进行测试。他们计划明年与当地医院合作进行更大规模的研究，将包括糖尿病患者。
研究人员还在努力将设备进一步缩小至手表大小。此外，他们正在探索确保设备能够对不同肤色人群获得准确读数的方法。
这项研究由美国国立卫生研究院、韩国中小企业技术信息促进机构和Apollon公司资助。相关论文发表在《分析化学》期刊上，题为"带通拉曼光谱解锁紧凑型无创连续血糖监测"。
临床意义：改变糖尿病管理方式
糖尿病是一种影响全球约4.62亿人的慢性疾病，需要持续监测血糖水平以有效管理。传统方法包括指尖采血和皮下传感器植入，前者痛苦且不便，后者可能引起皮肤刺激并需要每10-15天更换。
MIT开发的无创技术有望彻底改变这一现状。通过消除针头和皮肤穿刺，这项技术不仅减轻了患者的身体痛苦，还可能提高监测依从性，从而更好地控制血糖水平，减少并发症风险。
"这项技术的潜在影响是巨大的，"研究合作者、MIT激光生物医学研究中心主任Peter So教授表示。"它不仅改善了糖尿病患者的生活质量，还可能降低长期医疗成本，因为更好的血糖控制可以减少并发症的发生。"
技术优势：超越传统方法
与现有血糖监测技术相比，MIT的无创方法具有多项显著优势：
- 无痛无创：完全消除了针头穿刺的痛苦和不适，提高了患者依从性。
- 高精度：测量精度与商业侵入式设备相当，确保临床可靠性。
- 便携设计：从桌面打印机大小缩小到鞋盒大小，未来将进一步小型化。
- 成本效益：通过简化光谱分析，降低了设备制造成本。
- 易于使用：操作简单，每次测量仅需30多秒。
挑战与前景
尽管这项技术前景广阔，但仍面临一些挑战需要克服。首先是设备小型化，研究团队已经将设备从桌面大小缩小到手机大小，并正在开发手表大小的版本。其次，需要确保技术对不同肤色人群的准确性，因为不同皮肤色素可能影响光的吸收和散射特性。
此外，长期稳定性和校准也是需要考虑的问题。与任何光学技术一样，环境因素如温度变化、皮肤湿度等可能影响测量结果。研究团队正在开发算法来补偿这些变量，确保在各种条件下都能提供准确读数。
"我们的目标是开发一种真正无创、准确且易于使用的血糖监测设备，"Kang表示。"这不仅将改善糖尿病患者的日常生活，还将为医疗专业人员提供更连续、更全面的血糖数据，从而实现更个性化的治疗。"
市场潜力与行业影响
无创血糖监测市场潜力巨大。据市场研究预测，全球无创血糖监测市场规模预计将从2023年的约15亿美元增长到2030年的超过50亿美元，年复合增长率约为17%。这一增长主要受到糖尿病患病率上升、患者对无痛监测解决方案的需求增加以及技术进步的推动。
MIT的技术突破可能对这一市场产生深远影响。现有的无创血糖监测技术往往面临准确性问题，而MIT的解决方案在保持高精度的同时实现了无创测量，填补了市场空白。
"这项技术代表了血糖监测领域的重大进步，"医疗技术分析师表示。"它不仅解决了传统方法的痛点，还为糖尿病患者提供了更舒适、更便捷的监测选择，有望成为未来血糖监测的主流技术。"
结语
MIT工程师开发的基于近红外光的无创血糖监测技术代表了医疗科技领域的重要突破。通过拉曼光谱学的创新应用，研究团队成功开发出一种无需针头即可准确测量血糖水平的设备，为糖尿病患者带来了新的希望。随着技术的不断进步和临床验证的深入，这项技术有望彻底改变糖尿病管理方式，提高患者生活质量，并减轻全球医疗系统的负担。未来几年，随着可穿戴版本的完善和更大规模临床试验的开展，我们可能会看到这项技术从实验室走向临床应用，最终惠及全球数亿糖尿病患者。
