糖尿病患者必須全天監測他們的血糖水平，但這樣做是一項挑戰。 sirtavelalot / Shutterstock.com
糖尿病是美國第七大死因，約為 30.3成年人 患有這種疾病。 一個在4成年人 甚至不知道他或她患有糖尿病。
此外， 84.1成年人 有前驅糖尿病 - 血糖水平升高的病症 - 而90百分比的人不知道他們有這種情況。 因此，收費可能會惡化。
為了避免糖尿病引起的危及生命的並發症，對糖尿病患者來說非常重要 保持血糖水平 在安全範圍內。 然而，這一直是一項艱鉅的挑戰，因為很難可靠地監測葡萄糖水平。
我是一名化學家，化學和計算機工程師，他開發並研究了一種可能的自供電監控系統。 這些葡萄糖生物傳感器 將存儲在血糖中的生化能量 - 換句話說，從人體自身 - 轉換為運行設備的電能。
所有關於糖代謝
糖尿病 影響身體如何分解我們吃的糖食物。 這種糖或葡萄糖被釋放到我們的血液中。 作為回應，胰腺產生一種叫做胰島素的激素，使身體的細胞能夠從血液中取出糖作為能量。
如果您患有糖尿病，您的身體要么沒有足夠的胰島素，如1型糖尿病，要么它不能使用它所產生的胰島素以及維持健康的血糖代謝。 後者稱為2型糖尿病。 當沒有足夠的胰島素，或細胞停止對胰島素作出反應時，過多的糖會留在血液中。 這可能導致嚴重的並發症。
保持 血液中的糖安全水平 是控製糖尿病和預防疾病進展的關鍵策略。 研究表明，那些保持血糖水平接近正常的強化控制項目的人有 並發症少 比那些經常保持較高血糖水平的人。 關於 63.6成年人百分比 每天進行血糖自我監測。
然而，保持血糖水平比聽起來要困難得多。 它要求人們非常注意他們消耗的碳水化合物的量和它們 用手指刺血測試血糖 一整天。 許多人還必須計算胰島素劑量並註射胰島素。
由於飲食的波動，實現葡萄糖控制目標非常困難。 大多數人都無法保持緊張 控制他們的血糖.
並且，即使一個人遵循醫生建議以維持更正常的血糖，疾病也可以進展。 為了保持低血糖水平，一些患有糖尿病的人不知不覺地將自己置於極低血糖水平或低血糖的危險中，這是一種危及生命的疾病。 這種從高到低的波動成為糖尿病患者的障礙，因為他們變得氣餒。 研究表明 有些人選擇停止維持 因此，血糖控制嚴格。 這進一步導致了 血糖監測不足 和不健康的選擇。
這種情況因血液採樣而惡化 相對不常見 與全天發生的無數血糖變化相比，全天 - 僅少於四次。 也， 血糖水平 取決於藥物治療計劃以及個人情況。 當連續血糖記錄提供最佳信息時，血液採樣僅提供離散的血糖記錄。
設備可以提供幫助，但它們並不完美
葡萄糖監測系統幫助許多醣尿病患者，但它們尚未被廣泛使用。 Monkey Business Images / Shutterstock.com
研究表明 使用可以連續監測葡萄糖水平的設備可能是一個答案。 這些連續的葡萄糖監測系統重複測量血糖和圍繞細胞的生物流體，通常每五分鐘一次。 這使得能夠密切監測並及時糾正有問題的血糖水平。 因此，這些系統 可以降低風險 與糖尿病相關的並發症。
患有糖尿病的人可以在他們身體的幾個區域佩戴這些監視器中的一個，例如在胃周圍，以及手臂和腿的後部。 但是，到目前為止，只有一個相對 少數人 戴著它們是因為這些裝置並不完美。 人們仍然需要使用手指點刺測試每天測試四次葡萄糖水平。 此外，設備的響應時間很慢，而且往往不准確。 並且，人們通常必須佩戴監測裝置並且每七天將其重新插入皮膚下。 此外，在隨機試驗中，連續監測尚未與之相關 提高生活質量.
此外，最近的一項臨床試驗發現，連續監測器無法檢測低血糖，以減少患者發生的少數嚴重低血糖事件的發生率。 輸入1糖尿病.
一個沒有手指刺痛的未來？
其中一個解決方案可能是完全自供電的植入式設備，沒有皮膚連接組件，不那麼突兀，減輕了用戶的負擔。 這些自供電連續血糖監測系統是下一代葡萄糖監測儀，可以減少連續血糖監測儀使用和依從性的障礙。 他們追踪血糖水平並在需要時提供胰島素。
在我們的實驗室中，我們正在開發一種採用4毫米設備的自供電，可植入的4毫米。 它通過轉換儲存在人體血糖中的化學能來產生電能，並且與電池的工作方式類似。 它使用附著在兩根導線上的蛋白質，選擇性地消耗血液中的葡萄糖和氧氣，以產生流經系統的電子。 電子流導致電流產生。 產生的電流和兩根導線之間的電壓差的乘積導致電功率的產生。 該電功率與血糖濃度成正比。 因此，它可用於快速感知血糖，並具有響應血糖水平異常的額外好處。
關於我們平台的重要一點是它不需要電池。 產生的電能可用於為可植入的胰島素泵供電，從而允許我們同時產生電力以監測葡萄糖並將胰島素遞送至體內的目標部位以改善患者的健康結果。
問題是這種“閉環人工胰腺”的概念是否可以轉化為現實。 最重要的挑戰是人工胰腺將設備從工作台移動到臨床並進入身體所需的工程設計，患者將受益於無需用戶干預的全自動人工胰腺。
我樂觀地認為，有一天，這樣的設備可以完全自動化血糖控制，提供連續的葡萄糖監測和治療遞送，而無需患者的任何干預。 這將改善糖尿病管理，並創造一個人類力量可以維持人類生命的世界。
關於作者
Gymama Slaughter，執行董事，Frank Reidy生物電學研究中心， Old Dominion大學
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