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为解决传统血液生物物质浓度采样方法的侵入性及难以连续监测问题，研究人员开展用带光波导的微创针测量皮下组织乳酸浓度研究。结果显示该装置能测乳酸浓度，但存在光学损失等问题。此研究为健康监测提供新方向。
在生命的奇妙旅程中，健康监测就像为身体配备的 “智能导航仪”，能帮助人们提前发现潜在问题，及时调整生活方式，让身体这部精密 “机器” 保持良好运转。血液中像乳酸、葡萄糖这类生物物质的浓度变化，蕴含着身体代谢、运动状态乃至疾病发生发展的重要信息。比如，乳酸作为无氧葡萄糖代谢产生的代谢物，在肌肉运动时，其在血液中的浓度会随着运动强度的增加而上升，是反映运动强度的关键指标，对评估运动效果、制定科学训练计划至关重要。
然而，传统的血液采样测量生物物质浓度的方法，就像给身体 “开小窗”，虽然能准确获取信息，但会给使用者带来痛苦，而且无法持续 “监视” 这些物质的动态变化。汗液检测虽然无创且能连续监测，但受汗液量和汗液与血液中乳酸浓度相关性的影响，测量结果并不精准。以皮肤间质液为检测对象的方法虽能准确测定乳酸浓度，减轻使用者负担，但现有的测量技术仍存在诸多不足。例如，电化学测量依赖的酶活性受环境影响大，使用时间和储存期限受限；近红外光谱和光声测量虽能同时检测多种生物物质，但设备庞大，难以用于日常测量。因此，开发一种既能微创、连续监测，又能准确测量生物物质浓度的技术迫在眉睫。
在这样的背景下，来自未知研究机构的研究人员积极探索，开展了一项极具创新性的研究。他们致力于开发一种在针灸针表面配备光波导的微创装置，用于测量皮下组织的乳酸浓度，为实现连续健康监测开辟新途径。该研究成果发表在《Biosensors and Bioelectronics》上，为生物传感和健康监测领域带来了新的曙光。
研究人员在此次研究中运用了多种关键技术方法。首先是独特的装置构建技术，通过非平面微加工工艺，在直径 200μm 的针灸针表面制作光波导核心，利用自动平台与紫外激光结合的非平面曝光系统对涂覆的 SU - 8 进行曝光，构建出 50μm 宽的光波导核心；在玻璃基板上制作凹槽并溅射铝，再用光学粘合剂固定针灸针，完成整个光波导装置的制作。其次，采用基于朗伯 - 比尔定律（Lambert - Beer law）的光学测量方法，通过测量特定波长光在生物物质中的吸收和衰减，计算乳酸浓度。此外，为评估装置性能，进行了穿透实验和多种乳酸测量实验，分别测试针的穿透性能以及装置对不同浓度乳酸溶液和乳液模型的测量效果。
研究结果
- 穿透实验：研究人员按照日本工业标准（JIS），用不同类型的针（未处理针灸针、带两个光波导的针、带两个光波导且涂有生物相容性环氧树脂的针）穿透聚氨酯橡胶片，测量穿透阻力。结果显示，所有条件下在穿透深度 1000μm 处都出现峰值，带光波导的针在 1500 - 2000μm 处还有另一个峰值。未处理针的最大穿透阻力为 0.276N，未涂环氧树脂的带光波导针为 0.492N，涂有环氧树脂的带光波导针为 0.343N。实验表明，涂有环氧树脂的针不仅增强了生物相容性，还提高了穿透效率，且带光波导的针穿透后未出现波导分层现象。
- 乳酸溶液测量实验：研究人员使用波长 940nm、强度 12000μW 的激光二极管，通过光纤与装置连接，测量不同浓度乳酸溶液的吸光度。结果发现，随着乳酸浓度增加，光强度降低，符合朗伯 - 比尔定律，且环氧树脂涂层也会使光强度降低。与仅使用光纤的实验相比，该装置的测量结果斜率更大，表明使用光波导能更灵活设计窗口，有利于皮内测量，但当前设计的光程长度不足，限制了可测量的浓度范围。
- 乳液模型测量实验：为评估皮肤组织光散射对乳酸浓度测量的影响，研究人员制备乳液模型进行实验。结果显示，在乳液模型中也能成功测量乳酸浓度变化，且其相关系数比乳酸溶液实验更高。这表明组织中的光散射对乳酸浓度测量影响较小，但实际皮肤组织含有更多成分，未来需使用更接近人体皮肤光学特性的固体模型进一步研究。
在研究结论和讨论部分，此次研究成果意义重大。该装置展现出足够的穿透性，比基于微针的装置侵入性更小，适合可穿戴监测。通过光学传感，成功实现了乳酸浓度的测量，为后续生物物质监测技术的发展奠定了基础。然而，研究也发现了一些问题。例如，当前装置在与光源和探测器连接部分的设计存在不足，导致光学损失较大，可测量的乳酸浓度范围受限；窗口的形状和大小使得光程长度较短，难以检测乳酸浓度的微小变化。针对这些问题，研究人员计划未来从多个方面进行改进。他们将致力于减少光学损失，提高光强度，延长组织内的光程长度，以增强对微小浓度变化的敏感性；通过光谱技术实现多种生物物质的同时测量；对系统进行小型化处理，使其更便于穿戴使用；开展动物实验，进一步推动研究成果向实际应用转化，最终实现生物物质的连续、实时监测，为人们的健康保驾护航。
