Microsyst. & Nanoeng. | 无电池、无线、无感监测与给药：电子科技大学团队开发一项柔性贴片技术，如何重新定义糖尿病管理？

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2026年1月8日，发表在《Microsystems & Nanoengineering》的一项研究，题目为“A flexible wireless skin patch for synchronized glucose monitoring and regulation”（用于同步血糖监测与调控的柔性无线皮肤贴片），由来自电子科技大学物理学院、集成电路科学与工程学院以及附属四川省肿瘤医院的研究团队共同完成，将柔性电子、微针与无线技术巧妙融合，创造出一种轻薄、无电池的皮肤贴片。它不仅能无痛、持续监测血糖，更能在检测到高血糖时，自动触发释放降糖药（二甲双胍）。在小鼠实验中，该系统实现了5-6小时的稳定血糖控制。这项技术有望将糖尿病管理从繁琐、痛苦的“被动监控”模式，推向主动、闭环的“智能响应”时代。

困局与挑战

全球有超过5亿的糖尿病患者，他们需要终身进行血糖监测与调节。然而，当前的“标准方案”充满了矛盾与痛点。

监测之痛：主流的指尖采血（每日3-10次）带来持续的刺痛和心理负担。即使更先进的连续血糖监测系统，也需要将一根探针埋入皮下长达14天，存在超过12%的感染率，且成本高昂，非寻常家庭可负担。

给药之困：皮下注射胰岛素是常用调节手段，但剂量需精确计算，存在低血糖风险。口服药虽方便，但起效慢、胃肠道副作用明显，且无法实现与血糖波动的实时联动。

技术壁垒：学术界虽已探索了微针、荧光传感等多种技术，但仍面临多重困境：刚性微针在皮肤运动时接触不良，导致读数不准或组织损伤；电化学传感器寿命短、维护成本高；荧光/比色法系统易受环境光和温度干扰，且往往需要笨重的光学元件和电池，牺牲了“可穿戴”最核心的舒适性与便捷性。

解构“黑科技”

这项研究提供了一个“一体化”的颠覆性解决方案。其核心在于三个单元的精密集成，并巧妙地利用了近场通信技术实现无线供能与控制。

图1：用于同步血糖监测和调节的无线皮肤贴片。

智能大脑：NFC无线控制电路。贴片本身无需内置电池，能量与指令全部通过智能手机的NFC功能无线传输。这不仅实现了极致的轻薄化（3.7×2.3×0.3 cm，重1.94克），还通过手机完成了数据处理与用户交互。

“侦察兵”：柔性荧光水凝胶微针监测单元。

工作原理：将葡萄糖响应型荧光分子（9-ANB）嵌入由聚乙烯吡咯烷酮/聚乙烯醇构成的可弯曲水凝胶微针中。微针无痛刺入表皮，吸收组织间液。其中的葡萄糖与9-ANB结合，会导致其荧光强度（在365nm紫外光激发下，发射约450nm蓝光）发生“淬灭”——葡萄糖浓度越高，荧光越弱。
创新感知：贴片集成了微型UV LED、410-480nm滤光片和XYZ真彩色传感器，能精准捕获这一微弱的荧光变化，并将其转换为数字信号。滤光片设计有效屏蔽了超过97%的环境光干扰，确保了户外使用的可靠性。

“突击队”：热响应型微针给药单元。

工作原理：另一组微针预先载入降糖药二甲双胍，并在其表面涂覆一层熔点为42±0.5°C的十三烷酸。当监测单元判定高血糖（研究中设定为>250 mg/dL），NFC电路会激活一个微型薄膜加热器（40nm铬+200nm金），在5秒内将微针尖端加热至46°C，熔化涂层，使药物快速释放到组织中。

特性维度	传统糖尿病管理方案	本研究的无线智能皮肤贴片
监测方式	指尖采血/皮下植入CGM探针	无痛、可弯曲水凝胶微针，穿透角质层
监测原理	电化学反应/酶反应	葡萄糖特异性荧光淬灭，光学检测
给药方式	皮下注射/口服	热触发按需释放，微针透皮给药
能量来源	电池/手动	智能手机NFC无线供能，无电池
系统集成	监测与给药分离	监测-决策-给药一体化闭环
成本关键	CGM探针高昂、耗材持续	水凝胶微针可替换、低成本，电路部分可重复使用

实验与验证

研究通过严谨的体外与体内实验，层层验证了系统的可行性与有效性。

1）性能标定

体外测试表明，监测微针对葡萄糖的响应范围覆盖了50 mg/dL（低血糖）至450 mg/dL（高血糖）的临床相关区间。在生理pH（7.3-7.5）和常见干扰物（如尿酸、抗坏血酸）存在下，传感器表现出了优异的选择性和稳定性（30天内信号保持率>85%）。

图2：葡萄糖调节单元加热电极的工作原理、形态和性能，以及作过程中微针药物释放的过程。

2）动物模型验证

监测准确性：在糖尿病模型鼠身上，贴片测得的荧光信号（X, Y, Z值）变化与商用血糖仪测得的尾静脉血糖值趋势高度一致，成功追踪了小鼠在空腹与进食后的血糖波动。

治疗效果：关键的治疗实验设置了四组对比：自由进食空白组、自由进食+贴片治疗组、持续禁食阳性对照组、禁食+贴片（无触发）对照组。结果清晰显示：

治疗组小鼠在进食后血糖升高，贴片检测到高血糖后自动释放二甲双胍，1小时内血糖开始下降，并维持了5-6小时的低水平。而“禁食+贴片”组因未达到触发阈值，血糖变化与单纯禁食组一致，证明了给药的精准响应性。

3）安全性

组织学检查显示，微针穿刺造成的微小孔洞在2小时内即完全愈合。免疫荧光染色也表明，由微针引起的局部免疫反应（巨噬细胞浸润）在3-5天内迅速消退，证明了其良好的生物相容性与可逆性。

图3：无线皮肤贴片用于同步血糖监测和调节的体内及生物安全实验。

影响与未来

这项研究并非仅仅是又一个“实验室里的微针原型”，它指向了一个更具体、更商业化的未来：一次性、低成本、智能化的糖尿病日常管理耗材。

对患者的改变：它将患者从繁复的扎针、记录、计算和注射中解放出来，实现“无感管理”。尤其对于2型糖尿病患者，提供了一种避免胰岛素注射、副作用更小的调节方案。

对产业的冲击：它挑战了当前CGM市场由少数巨头主导、硬件昂贵、生态系统封闭的格局。其无电池、NFC交互的设计，大幅降低了硬件复杂度和成本。可替换的微针阵列与可重复使用的电路分离，构成了极具吸引力的“剃须刀-刀片”商业模式。

技术外延潜力：该平台具有强大的可扩展性。通过更换微针中的响应分子或负载药物，原则上可以监测和调节多种生物标志物（如乳酸、尿酸），用于痛风、心血管疾病等其他慢性病的管理。

总结与评价

尽管前景光明，但这项技术从实验室走向药房，仍需跨越几道关键的鸿沟：

从鼠到人的鸿沟：小鼠皮肤厚度、新陈代谢速率与人类差异显著。在人体上，微针吸收组织间液的效率、葡萄糖响应的延迟时间、以及长期佩戴的皮肤刺激性都需要重新评估。
药物库的局限：目前研究仅验证了二甲双胍。对于依赖胰岛素的患者，如何将更复杂、稳定性要求更高的胰岛素分子整合到此热触发释放平台中，是一个巨大的挑战。
监管与认证：作为一个集“诊断”与“治疗”功能于一体的二类/三类医疗器械，其审批路径将异常严格。需要累积大量临床数据来证明其安全性、有效性以及在真实世界复杂环境下的可靠性。
“闭环”的完整性：当前的系统是“单向闭环”（高血糖则给药）。一个完整的、理想的闭环系统还应包括“低血糖预警”甚至“升糖调节”功能。这需要更复杂的算法和可能的多药联用。

总而言之，这项研究为我们勾勒了一幅糖尿病管理的理想蓝图，并提供了一个坚实的技术原型。它最大的价值在于，用极简的工程学智慧，将多个前沿概念融合成一个看似简单、却可能极具颠覆性的产品形态。它的最终成功，将不取决于单一技术的突破，而取决于跨学科团队在临床转化、规模制造和合规道路上能否走完这“最后一公里”。

▼参考资料

[1]Lin, R., Jiang, Z., Chi, Y. et al. A flexible wireless skin patch for synchronized glucose monitoring and regulation. Microsyst Nanoeng 12, 23 (2026).
https://doi.org/10.1038/s41378-025-01138-4

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编辑 | 郝娅婷

排版 | 张艳青

审核 | 医工学人理事会

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