近紅外拉曼光譜技術(shù)，為患糖尿病帶來(lái)福音

   全球超過(guò)4.2億人口，約占人口總數(shù)的8.5%，都受到糖尿病影響——這是一種慢性疾病。在過(guò)去的30年中，隨著越來(lái)越多的發(fā)展中國(guó)家經(jīng)歷了城市化的發(fā)展和采用西方的飲食習(xí)慣，糖尿病的發(fā)病率幾乎翻了一番?！　　　鹘y(tǒng)血糖測(cè)試　　　　治療糖尿病需要持續(xù)的監(jiān)測(cè)和保養(yǎng)，這給患者群體以及他們的家庭帶來(lái)了沉重的負(fù)擔(dān)。此外，糖尿病的持續(xù)增長(zhǎng)對(duì)國(guó)家經(jīng)濟(jì)和醫(yī)療系統(tǒng)造成了很大的負(fù)擔(dān)?！　　　∧壳疤悄虿〉脑\斷標(biāo)準(zhǔn)和治療方法是繁重和具有侵入性的，而無(wú)創(chuàng)血糖測(cè)試一直是困擾醫(yī)學(xué)界的世界性難題。為此，諸多國(guó)際性大企業(yè)雖投入數(shù)十億元進(jìn)行研究，但研究結(jié)果往往很難達(dá)到FDA認(rèn)證標(biāo)準(zhǔn)。醫(yī)學(xué)傳感技術(shù)的最新進(jìn)展使無(wú)創(chuàng)糖尿病檢測(cè)和血糖監(jiān)測(cè)在醫(yī)學(xué)研究人員范圍內(nèi)得以實(shí)現(xiàn)?！　　　√悄虿≡\斷和治療的現(xiàn)行標(biāo)準(zhǔn)　　　　糖尿病的診斷和持續(xù)管理目前需要直接測(cè)量血糖或糖化血紅蛋白水平。醫(yī)療專業(yè)人員使用的方法有幾種，包括隨機(jī)或空腹血糖測(cè)試和葡萄糖耐量試驗(yàn)。這些方法大部分指安培檢測(cè)法，因?yàn)檠菍?duì)試劑的反應(yīng)會(huì)產(chǎn)生一個(gè)小的電荷，與樣品中糖的含量成比例。這種方法在實(shí)驗(yàn)室環(huán)境下是非常準(zhǔn)確的，而且也很好理解和標(biāo)準(zhǔn)化?！　　　”M管目前的檢測(cè)方法是被人們所接受的，但它們?nèi)匀唤o世界各地的醫(yī)學(xué)專業(yè)人士和患者帶來(lái)了許多問(wèn)題。在某些文化中，可能會(huì)出現(xiàn)關(guān)于血液引出的社會(huì)限制或禁忌，難以保證患者的依從性。血液樣本也不穩(wěn)定，需要冷藏。這可能是發(fā)展中國(guó)家的一個(gè)重大問(wèn)題，特別是在農(nóng)村地區(qū)，那里可能制冷和電力供應(yīng)不便。　　　　慢性糖尿病的治療需要患者每天頻繁監(jiān)測(cè)血糖水平。這包括收集一個(gè)血液的小樣本，通常用采血針刺破手指。這是一個(gè)痛苦的過(guò)程，如果糖尿病抑制了治療能力可能會(huì)導(dǎo)致額外的并發(fā)癥，患者必須每天進(jìn)行重復(fù)?！　　　‰m然手持式血糖監(jiān)測(cè)儀在全世界范圍內(nèi)越來(lái)越容易獲得(約占目前為消費(fèi)者銷售的所有生物醫(yī)學(xué)傳感器的85%)，但血糖監(jiān)測(cè)仍然被認(rèn)為是需要測(cè)試試紙的手動(dòng)過(guò)程。　　　　除了溫度、濕度等環(huán)境因素能影響測(cè)試結(jié)果外，這些血液測(cè)試儀在任何情況下都無(wú)法提供精確的測(cè)量。　　　　無(wú)創(chuàng)血糖測(cè)試研究由于葡萄糖檢測(cè)的重復(fù)性和侵入性，以及世界范圍內(nèi)血液檢測(cè)存在的困難，研究人員急切地尋找非侵入性的標(biāo)準(zhǔn)安培檢測(cè)方法。研究人員分析了許多替代方法，包括基于碳納米管的方法和電化學(xué)測(cè)試。最近的重點(diǎn)轉(zhuǎn)移到利用拉曼光譜和近紅外吸收的光學(xué)檢測(cè)方法。　　　　即使在研究近紅外光譜的研究人員中，也有許多研究的途徑。除了血糖、糖化蛋白(即結(jié)合葡萄糖的蛋白)可以在指甲和頭發(fā)、尿液以及眼睛的房水內(nèi)檢測(cè)到?！　　　⊙芯恐凶钣邢Ｍ膬煞N方法包括使用近紅外光直接通過(guò)皮膚測(cè)量血糖，具有與脈搏血氧計(jì)相同的功能設(shè)計(jì)。指甲作為測(cè)試樣本是另一種正在研究中的方法?！　　　≡陂_(kāi)發(fā)一種新的糖尿病無(wú)創(chuàng)測(cè)試協(xié)議時(shí)，研究人員所面臨的最大障礙是開(kāi)發(fā)標(biāo)準(zhǔn)化的理解結(jié)果模型。測(cè)量參數(shù)必須考慮到線性吸收率，吸收模式和無(wú)數(shù)其他科學(xué)家和醫(yī)生必須了解的因素，以便開(kāi)發(fā)用于解釋和預(yù)測(cè)光譜響應(yīng)的標(biāo)準(zhǔn)化和可重復(fù)的模型。人類特征之間也存在差異，這些差異也必須被中和，以允許新協(xié)議的標(biāo)準(zhǔn)化?！　　　〗t外與診斷窗口　　　　許多用于生物醫(yī)學(xué)應(yīng)用的光學(xué)感測(cè)技術(shù)都圍繞著近紅外線，因?yàn)橐环N被研究人員稱為光學(xué)窗口或診斷窗口的特殊現(xiàn)象?！　　　∪梭w組織對(duì)光的吸收與波長(zhǎng)有關(guān)。DNA和蛋白質(zhì)吸收紫外(UV)光譜，紅外范圍被水高度吸收，可見(jiàn)光被血液中的血紅蛋白吸收。然而，在可見(jiàn)光譜的最后，并且在650nm和1100nm之間的近紅外(NIR)范圍內(nèi)，血紅蛋白或水幾乎沒(méi)有吸收，并且散射小于UV和可見(jiàn)光范圍。最重要的是，可以在這個(gè)范圍內(nèi)對(duì)活體使用光而不會(huì)對(duì)組織造成任何損害?！　　　L試這樣：在一個(gè)黑暗的房間里，個(gè)人可以通過(guò)手掌照射強(qiáng)光。他們會(huì)在手背上觀察到一個(gè)紅色光點(diǎn)。他們看到的是可見(jiàn)光譜的尾端，紅光在650-750 nm之間，屬于650-1100 nm的光學(xué)診斷窗口。通過(guò)這個(gè)光學(xué)診斷窗口，研究人員和醫(yī)生可以看到身體內(nèi)部。　　　　杜克大學(xué)的Frans Jobsis博士在他1977年的具有里程碑意義的研究中表明，脫氧和氧合組織在近紅外光譜中顯示出不同的吸收特性。從那時(shí)起，近紅外光譜就被用于研究代謝疾病，如癌癥，心血管疾病，糖尿病，神經(jīng)障礙以及其他幾種困擾社會(huì)的疾病?！　　　〗t外拉曼光譜關(guān)于光學(xué)生物傳感器發(fā)展的最新實(shí)驗(yàn)中，將Vis / NIR范圍內(nèi)可用的光學(xué)窗口與拉曼光譜學(xué)的分子指紋特征相結(jié)合。雖然這種技術(shù)的潛力非常有希望，但增加的拉曼分析的復(fù)雜性增加了開(kāi)發(fā)標(biāo)準(zhǔn)化診斷模型的障礙?！　　　√腔讣椎鞍讓?duì)糖尿病檢測(cè)的適用性　　　　生物醫(yī)學(xué)設(shè)備開(kāi)發(fā)商正在爭(zhēng)相展示血液監(jiān)測(cè)技術(shù)的下一波進(jìn)展，因?yàn)槠咸烟菧y(cè)試對(duì)日益增長(zhǎng)的糖尿病人群至關(guān)重要，并且還因?yàn)槠咸烟莻鞲衅鞯男枨笳忌飩鞲衅魇袌?chǎng)的85%?！　　　∫粋€(gè)學(xué)術(shù)研究涉及糖化角蛋白的測(cè)定。角蛋白，構(gòu)成頭發(fā)和指甲的蛋白質(zhì)，可以與葡萄糖結(jié)合。該糖化與血糖水平隨時(shí)間呈線性關(guān)系。糖尿病診斷的光譜模型的研究人員選擇指甲，因?yàn)樘悄虿』颊咧讣滋卣鞯牟町惪捎^察。開(kāi)發(fā)標(biāo)準(zhǔn)化模型時(shí)指甲是比較好的選擇，因?yàn)槠渖L(zhǎng)速率變化比頭發(fā)少?！　　　∵@種方法中使用指甲剪，可以提高糖尿病初步診斷的檢測(cè)，特別是在發(fā)展中國(guó)家。可以無(wú)痛苦地收集指甲，無(wú)需特殊訓(xùn)練。此外，與體液如血液相比，手指甲的文化和心理態(tài)度是寬松的;并且由于指甲穩(wěn)定，所以它們可以在不冷卻的情況下儲(chǔ)存數(shù)周，而不損失樣品的活性?！　　　⒅讣讟悠费心ゲ⑴c用于測(cè)試的反應(yīng)試劑混合。由于指甲對(duì)這些反應(yīng)劑沒(méi)有很好的滲透性，所以樣品需要準(zhǔn)備時(shí)間以及可能進(jìn)一步的處理。這種方法雖然微創(chuàng)，但仍然需要專業(yè)的樣品制備，應(yīng)由經(jīng)過(guò)培訓(xùn)的人員在實(shí)驗(yàn)室進(jìn)行，不幸的是不適合家庭葡萄糖監(jiān)測(cè)?！　　　⊥ㄟ^(guò)耳垂透射實(shí)現(xiàn)家庭使用　　　　研究人員還在研究透射率測(cè)量技術(shù)，這對(duì)家庭監(jiān)測(cè)應(yīng)用是非常完美的。耳垂透光率測(cè)量實(shí)際上需要同時(shí)施加到耳垂的波長(zhǎng)的組合。衰減的光被耳朵的任一側(cè)上的傳感器捕獲。首先，將綠色可見(jiàn)光的反射率用于確定皮膚參數(shù)，例如組織厚度。然后使用紅光透射率/吸收度來(lái)確定血容量，最后使用NIR波長(zhǎng)來(lái)測(cè)定葡萄糖濃度?！　　　∵@種方法顯示了很好的前景，因?yàn)樗且粋€(gè)簡(jiǎn)單的設(shè)計(jì)，包括用于耳垂的夾子，它與光纖光譜儀相連，對(duì)于沒(méi)有任何特殊訓(xùn)練的人相對(duì)比較容易。另外，簡(jiǎn)易的設(shè)計(jì)和無(wú)需樣品準(zhǔn)備意味著它可以由任何人執(zhí)行，不需要實(shí)驗(yàn)室監(jiān)督?！　　　】朔鈱W(xué)葡萄糖監(jiān)測(cè)的障礙　　　　對(duì)于目前正在研究的許多診斷方法，完全測(cè)試驗(yàn)證的主要障礙是研究人員解決個(gè)體差異以便為分析結(jié)果創(chuàng)建一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)化模型的能力。這些專家和科學(xué)家的研究使我們每天離廉價(jià)、無(wú)創(chuàng)和準(zhǔn)確的血糖監(jiān)測(cè)方案的現(xiàn)實(shí)更進(jìn)一步?！　　　‰m然不可能預(yù)測(cè)新技術(shù)或方法何時(shí)獲得聯(lián)邦藥物管理局(FDA)或相關(guān)醫(yī)療認(rèn)證機(jī)構(gòu)的批準(zhǔn)，但可能性變得更加現(xiàn)實(shí)。由于醫(yī)生、科學(xué)家和研究人員在這些令人興奮的光學(xué)測(cè)試方法上的工作，糖尿病患者在不久的將來(lái)將不再需要經(jīng)受痛苦的血液測(cè)試?！　　　【庉孅c(diǎn)評(píng)　　　　現(xiàn)在糖尿病人接受的血糖測(cè)試多半需要抽血完成，給不少病患造成了痛苦和不便。如今醫(yī)學(xué)越來(lái)越朝向精準(zhǔn)和無(wú)創(chuàng)的方向發(fā)展，近紅外拉曼光譜技術(shù)的助力，或許將實(shí)現(xiàn)血糖的無(wú)創(chuàng)檢測(cè)。不僅如此，這種檢測(cè)手段還有望應(yīng)用于家庭自助檢測(cè)，給罹患糖尿病這種慢性疾病的患者帶來(lái)福音。