通讯作者：Lars B. Laurentius；Christopher F. Reiche
连续血糖监测(CGM)系统由于可提供全天血糖波动的信息、更详细的血糖(BG)水平图片等受到了市场的高度关注。然而，大多数报道的用于体内葡萄糖监测的生物传感器仍然是刚性材料，这可能会增加其复杂性，降低生物相容性，并增加患者的负担和风险。基于此,犹他大学Lars B. Laurentius和Christopher F. Reiche教授课题组在ACS Sensors期刊上发表题为“In Vivo Monitoring of Glucose Using Ultrasound-Induced Resonance in Implantable Smart Hydrogel Microstructures”的研究成果。主要报道了一种新的利用智能水凝胶结构的共振行为的超声葡萄糖传感平台。在这里，水凝胶被设计为可引起对葡萄糖水平变化的体积响应，这种体积相变改变了这些结构的动态力学行为，使用超声波进行探测。该水凝胶主要由丙烯酰胺、甲基丙烯酸酯和硼酸组分的亲水网络组成，对葡萄糖具有体积响应。这种传感原理不需要在体内植入任何电子设备或经皮导线连接，因此在可植入传感器领域(CGM)中的应用具有显着优势。当前的工作详细介绍了使用该传感平台监测体内葡萄糖浓度的概念验证结果，并研究了其性能。读出机制为使用超声波在葡萄糖敏感水凝胶中的共振吸收。间质液中的体内葡萄糖浓度变化导致凝胶溶胀或消溶胀从而改变共振行为。水凝胶的设计和形状使其表现出特定的机械共振频率，同时保持对其他频率的声光。因此，它们允许传统的和持续的超声成像，同时产生与葡萄糖浓度相关的特定频率的传感信号。共振频率可以通过改变凝胶结构的形状和机械特性来调整。
图 1. 用于植入的基于水凝胶的结构设计。
图 2. 用于监测大鼠模型中葡萄糖水平的体内实验的示意图和代表性图像。图3. (a)高压灭菌 (AC) 和非高压灭菌 (Non-AC) 样品在 4 MHz 下对不同浓度葡萄糖的时间响应。 (b) 6 小时孵育后 MGV 与葡萄糖浓度的关系。 0、108 和 306 mg/dL 浓度步长的误差线是两个数据点之间的差异。其余点为单点。虚线是眼睛的指南。
图 4.（左）校正后的未校准 MGV 信号与在受试者中测试的五个样本实例的参考 BG 曲线。垂直绿色虚线表示应用探针中断校正的时间点。 BG 曲线的误差条是使用两种不同品牌的血糖仪进行的两次测量之间的差异。（中）用于比较使用植入传感器测量的 IG 与通过葡萄糖试纸测量的参考 BG 值的校准和偏移时间图。（右）与时间图相对应的克拉克误差网格。参考信号的误差线是使用两个品牌的 BG 仪表进行的两次测量之间的差异。蓝色箭头显示胰岛素 IV 注射的大致位置。绿色菱形表示校准点的位置。显示对照样品（6.1 和 7.1）的实验的未校准 MGV 信号和一个不确定的实验，其中成像是相对于受试者身体的长度 (5) 水平进行的，可以在支持信息中找到。
参考文献：
Navid Farhoudi, Lars B. Laurentius, Jules J. Magda, Christopher F. Reiche, Florian Solzbacher, In Vivo Monitoring of Glucose Using Ultrasound-Induced Resonance in Implantable Smart Hydrogel Microstructures, ACS Sens. 2021, https://doi.org/10.1021/acssensors.1c00844
