在一項新的研究中，來自韓國基礎(chǔ)科學(xué)研究所（IBS）納米顆粒研究中心的研究人員制造出一種基于石墨烯的糖尿病補片（diabetes patch），它通過使用人汗液而允許準(zhǔn)確地監(jiān)控糖尿病和反饋治療結(jié)果。研究人員通過將電化學(xué)活性的柔軟功能性材料整合在摻金石墨烯（gold-doped graphene）和蛇形金絲網(wǎng)（serpentine-shape gold mesh）的混雜物上而改善這種生物醫(yī)學(xué)設(shè)備的檢測能力。正如基于酶的葡萄糖傳感器受到pH值和溫度的影響，這種補片設(shè)備的pH值和溫度監(jiān)控功能能夠系統(tǒng)性地校正汗液葡萄糖測量值。相關(guān)研究結(jié)果于2016年3月21日在線發(fā)表在Nature Nanotechnology期刊上，論文標(biāo)題為“A graphene-based electrochemical device with thermoresponsive microneedles for diabetes monitoring and therapy”。
糖尿病和調(diào)節(jié)葡萄糖水平
胰島素是在胰腺中產(chǎn)生的，調(diào)節(jié)葡萄糖的使用，從而維持血糖水平平衡。糖尿病導(dǎo)致血糖水平不平衡：不充足的胰島素數(shù)量導(dǎo)致較高的血糖水平，即高血糖癥。2型糖尿病是最為常見的糖尿病，而且已知沒有治愈方法。它影響大約300萬韓國人，而且這一數(shù)字因膳食模式和老齡化社會仍在不斷增加。當(dāng)前用來治療糖尿病的方法是讓人痛苦的、不便利的和昂貴的；定期地訪問醫(yī)生，而且需要家庭測試儀器記錄血糖水平。病人也不得不接受不愉快的胰島素注射來調(diào)節(jié)血糖水平。因此，病人迫切需要利用多功能的可穿戴設(shè)備對重要的糖尿病標(biāo)志物進(jìn)行非侵入式地、無疼痛地和無壓力地監(jiān)控。IBS開發(fā)的這種設(shè)備有助解決這一問題，因而降低漫長而又昂貴地訪問醫(yī)生和藥店的次數(shù)。
基于石墨烯的可穿戴設(shè)備組件
IBS納米顆粒研究中心科學(xué)家KIM Dae-Hyeong描述了多種組件。“我們的基于石墨烯的可穿戴設(shè)備不僅能夠監(jiān)測汗液葡萄糖水平和pH值，而且也可通過溫度反應(yīng)性微針（temperature-responsive microneedle）控制藥物經(jīng)皮給藥。準(zhǔn)確的汗液葡萄糖測量值被用來估計病人血液中的葡萄糖水平。在多次使用后，這種設(shè)備仍然保持它的初始靈敏度，因而允許多次治療。將這種設(shè)備連接到便攜式/無線的電源和數(shù)據(jù)傳輸單位，從而能夠即時治療糖尿病?！?KIM Dae-Hyeong繼續(xù)描述這種設(shè)備的工作方式，“將這種補片貼在皮膚上，當(dāng)汗液產(chǎn)生時，對汗液葡萄糖的檢測就開始了。這種補片的濕度傳感器組件監(jiān)測相對濕度（relative humidity，RH）增加。這種補片的汗液吸取層平均花費15分鐘收集汗液，并且達(dá)到80%以上的相對濕度，在這時，葡萄糖和pH值測量才開始進(jìn)行。”
糖尿病補片的益處和藥物給藥
相比于當(dāng)前的治療方法，這種設(shè)備因允許非侵入式治療取得巨大進(jìn)展。在這項研究期間，兩名健康男性參與測試以便驗證這種設(shè)備的汗液葡萄糖檢測能力。研究人員記錄了這兩人的葡萄糖和pH水平；統(tǒng)計學(xué)分析證實來自這種糖尿病補片的汗液葡萄糖數(shù)據(jù)與來自商業(yè)上的葡萄糖測試的數(shù)據(jù)存在可靠的相關(guān)性。如果異常高水平的葡萄糖檢測到，那么藥物就通過藥物裝載微針釋放到病人血液中。這種石墨烯設(shè)備的柔韌性的、半透明的類似皮膚的外觀，使得它可以輕松地和舒適地與人類皮膚相接觸，從而讓它不受任何皮膚變形的影響。這能夠穩(wěn)定地檢測葡萄糖水平和高效地進(jìn)行藥物給藥。
研究人員也通過在糖尿病模式小鼠體內(nèi)開展實驗驗證這種設(shè)備的治療效果。當(dāng)將這種設(shè)備放在糖尿病小鼠腹部附近時，治療就開始了。微針刺破小鼠的皮膚，釋放二甲雙胍（Metformin）---一種調(diào)節(jié)胰島素的藥物---到血液中。相比于對照組小鼠，接受微針治療的那組小鼠表現(xiàn)出顯著的血糖濃度抑制。KIM Dae-Hyeong評論道，“人們能夠輕松地利用新的微針替換使用過的微針。經(jīng)皮給藥的二甲雙胍治療要比經(jīng)過消化系統(tǒng)給藥的更加高效，這是因為這種藥物直接通過皮膚進(jìn)行代謝循環(huán)?！彼^續(xù)評論道，“利用納米材料和設(shè)備取得的這些進(jìn)展提供新的機(jī)會用于治療諸如糖尿病之類的慢性疾病?！?/span>
