“我在体内植入了一个芯片，能测量很多东西” 真相其实是这样的

制作:中国科普

作者:Waimiko

生产者:计算机网络信息中心

在现代网络社会中，网络名人的行为总能牵动亿万网民的心。昨天，一个大老板植入“检测芯片”的消息在社交媒体上引起了广泛讨论。

真相是什么？

从现有的资料来看，所谓的皮下植入芯片应该是门外汉的理解与实际情况之间存在一定的偏差。根据春雨博士的微信号，他买的不应该是他所说的“可以检测多种参数”的芯片，而是雅培的即时感应血糖仪，它刚刚在2017年获得美国食品和药物管理局的批准。

事实上，与其说它是植入体内的芯片，不如说它是一种可佩戴的血糖监测设备。

该血糖仪主要由两部分组成:应用传感器和数据读取器。

其中，应用传感器是该设备的主要工作部件，它由一个按钮状的电信号分析和发射元件以及一个约6毫米长的小型电化学探针组成。这个系统的秘密在于它的探测。这个微小的探针本质上是一组被半透膜包裹的葡萄糖电化学传感电极。由于其体积小，相对容易穿透表皮和真皮而不会引起剧烈疼痛(如果探针太短而无法穿透表皮，则无法测量到有意义的信号)，进入皮下组织，并与间质液紧密接触。

经过一段时间的浸泡后，组织液中的葡萄糖等小分子将透过探针上的半透膜，与传感电极接触，并在涂在电极上的葡萄糖氧化酶的作用下被氧化成葡萄糖酸。在这个过程中，易于分解和发射电子的副产物(过氧化氢)也将被探针上的电极产生和检测。这一原理与目前常见的电化学指尖血糖检测技术没有太大区别。

说点特别的，我们主要使用一种特殊的氧化酶固定方法，叫做“有线酶技术”。用该方法固定在金属电极上的氧化酶比传统方法具有更好的电子转移效率和化学稳定性，在体内环境中可保持正常活性10天以上而不失活和变性。正是这一化学技术的突破，使得人体环境中的连续血糖监测成为可能。

▲有线酶技术原理。葡萄糖分子与氧化酶接触后，产生的电信号可以通过聚合物链传输到电极上(图片来源于一份公开会议报告)

与应用探头的科技含量相比，附属于监控系统的数据读取器实际上没有多少黑色技术。它的主要功能是接收应用传感器无线传输的信号，并将信号转换成普通人可以理解的血糖指示器。

在这一点上，你会发现这种设备并不是真正的植入芯片。

2.植入芯片是幻想吗？不，它已经存在了

但是没有必要失望。真正的植入式血糖监测芯片已经显示出它的真正特征。

▲皮下植入血糖传感器芯片示意图。光化学传感器将血糖信号传输到中继设备，最后通过手机软件无线读取(图片来自eversense的官方宣传视频)

就在四个月前，美国Eversense公司发布了一种真正可植入的皮下连续葡萄糖监测芯片。

与雅培的电化学检测方案不同，Eversense使用荧光方法检测血糖。简而言之，植入体内用于与间质液接触的微传感器部分不再是电极探针，而是对葡萄糖浓度敏感的荧光聚合物(具体材料未公开)。在高葡萄糖浓度条件下，荧光聚合物具有较高的量子产率。相反，当血糖浓度较低时，这种材料的量子效率也会降低。由于荧光信号需要由外部光源激发，因此芯片中还内置了特定波长的小型发光二极管光源。芯片中集成的微型光敏元件将激发后产生的荧光信号转换成电信号。

也就是说，当激发光强度大致相同时，由传感器接收的荧光信号强度大致与血糖浓度成比例。当植入人体的芯片读出血糖水平时，它会通过蓝牙将这个指示器发送到离他只有几毫米远的皮肤信号发射器，并输出到用户的手机上。

与雅培的产品相比，Eversense声称他们的产品在体内的寿命更长(大约三个月)。如果该参数可靠，其寿命将达到雅培产品的六倍。然而，值得注意的是，由于上市时间较短，该产品的可靠性尚未得到美国医疗监管部门的批准。此外，有机荧光材料经常遭受光致褪色，导致信号强度与初始值相比下降。这个问题来自分子本身的光化学性质，很难避免。在我看来，这个产品在使用一段时间后的性能仍然需要仔细观察。

3.能够“测量很多东西”的植入式芯片仍在研发中。

虽然目前植入式生物传感器已经取得了很大的进展，但是现有的产品在技术上还存在一些不足。

最重要的问题之一是它们的寿命相对较短。甚至设计寿命为三个月的皮下芯片也需要在一年内更换几次。谁会想在植入后几个月再做一次移除芯片的手术？这听起来很痛苦！

第二，由于技术限制，无论是雅培的产品还是艾弗森的新技术都无法实现真正的持续监控。为了不使血糖敏感物质太快失活，它们都采用每10分钟检测一个数据点的方案，这在检测瞬时血糖变化时仍然稍显不足。

为了解决这些问题，科学家们正在各个方向进行技术研究。近年来，由于材料和化学科学的快速发展，基于半导体纳米线、量子点、石墨烯、荧光共振能量转移等技术的葡萄糖检测方法层出不穷，日新月异。

作者真诚地希望这些技术进步将最终导致更有吸引力的产品。

(这是中国科学院之声先前报道的新闻报道)

一个典型的植入式颅内传感器，纸上的照片

除了用于监测血糖的植入式血糖传感器芯片外，人们可能更关注用于监测其他参数的植入式生物传感器。

多年来，它们也发展迅速。其中最先进的是脑脊液/腹水多参数检测芯片。这种技术主要侧重于实时监测颅内压、颅内温度、脑脊液葡萄糖浓度、疾病标志物浓度、各种离子浓度等。该技术对监测急性颅脑损伤和开颅手术患者的疗效和生命体征具有重要意义。此外，由于急性感染反应具有急性发作和危险的预后，包括作者在内的几个研究小组也在开发可植入传感器芯片，该芯片可以实时检测感染的几个免疫指标。

然而，我想给这里的每个人倒一壶冷水。由于这两种传感器的功能比葡萄糖传感器复杂得多，目前世界上还没有产品可以进入市场。然而，我愿意相信，随着技术的不断进步，这种更复杂的植入式传感器芯片将很快出现在每个人的视野中。

(本文中显示的图片均经过授权)

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