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血糖モニタリングは糖尿病の発展を制御する重要な一環である。しかし、伝統的な採血血糖測定方式である指先刺血は、糖尿病患者にエンドレスな苦痛をもたらすだけでなく、血糖関連疾患の診療効率にも深刻な影響を与えている。多くの非侵襲的血糖測定方法は正確ではないために失敗した:涙、唾液または汗などの体液中の血糖値と血液中の血糖値の相関性が不足している。皮膚液(間質液、ISF)の場合は異なり、血液供給が良好な部位でのISFの測定は血液中の実際の血糖値とよく一致している。技術の発展に伴い、近年、多くの科学技術会社が皮膚液体に基づいて新型の非侵襲的血糖モニタリング装置を発売している。
海外メディアの報道によると、DiaMinTech社が開発した非侵襲血糖モニタリング装置は、指を押すだけで人体の血糖を測定することができ、この革命的なソリューションにより、MEDICAで開催された2023年第15回医療イノベーションW杯で1位を獲得した。現在、設備は欧州、米国などで年間10万台に達するディストリビューターの設備受注需要を獲得しているという。
DiaMonTech の(ドイツ)は2015年に設立され、これまでフランクフルトのゲーテ大学(Goethe University Frankfurt)で長年研究されてきた。同社は長年の研究と技術の蓄積に基づいて、ナノプラスなどが提供するコアデバイスのおかげで、非侵襲型血糖計D-Baseを開発し、2019年にCE医療機器認証を取得した。
このデバイスは、赤外スペクトル技術(光熱偏向原理)を用いた量子カスケードレーザ(ドイツのnanoplusによって提供され、1つのチップ内に8つのQCLを集積することができ、この装置は2つのチップを用いて合計16個のQCLを集積する)8〜11μmの波長を有する赤外パルスを深層皮膚。これらの波長のパルスはセンサ素子を通って指の皮膚に到達し、皮膚内のグルコース分子を励起して短い振動を行い、急速に緩和すると同時に、少量の熱が環境中に放出され、皮膚表面温度がわずかに上昇することを招いた。センサ素子(内部反射素子−IRE,internal reflection element)では、熱勾配により熱レンズ効果が生じる。赤色レーザダイオードのテストビームはIREを通過すると、熱レンズに偏向される。偏向は位置感受性フォトダイオードによって測定され、装置は偏向値に基づいてグルコース濃度を計算する。
現在、DiaMonTechはそのハンドヘルド製品を行っているD-ポケットの臨床研究により、将来のビジョンは手首装着式の製品にすることであるD-バンド。技術担当者によると、パートナーのサムスンとともにスマートウォッチに内蔵できる小型センサーを開発しているという。
DiaMonTechがその核心技術に対して提出した特許出願には、人体の皮膚中のグルコースなどの材料中の分析物を検出するための装置及び方法が開示されている。(WO2021239263A1/CN116113820A)
装置はまげせっしょくめんの測定体であり、この接触面は被測定材料と熱または圧力接触して、励起放射線を吸収して発生した熱波または圧力波を伝達する。励起放射源は、特定の波長(例えば5〜13μm)の光を材料に照射して吸収させる。
測定体を通過し、湾曲接触面で反射する。熱波や圧力波が測定体に入ると、屈折率の変化が起こり、反射した検出ビームの経路が偏向する。検出器は、偏向角度などの偏向の程度を測定することにより、材料内の分析物の含有量を分析する。
測定体の接触面は、ビーム反射領域において少なくとも1つの主方向に沿って特定の曲率(曲率半径約5〜30 mm)を有し、凹面または凸面として設計することができ、検出光路は、例えばビームが測定体の出射面に大きな角度(≧5°)で衝突して屈折効果を高めるように最適化され、ビーム形状と検出器感度を最適化するためにフォーカスまたはコリメータシリンダレンズが統合されている可能性がある。
装置は、材料中の励起光の局所性を向上させるための小型化された接触突起(面積が0.05 cm²未満、例えば円錐状またはリッジ状構造)と、圧力センサとクランプ機構とを選択して、安定した接触圧力を確保することができる。励起光路はまた、特定の入射角制御(例えば、84〜89°の範囲で入射面に衝突)によって照射効率を向上させるために測定体を貫通するように設計されることもある。
関連方法の操作は上述の装置原理と一致し、いずれも励起−熱/圧力波伝達−検出ビーム偏向測定の流れに基づいて分析物検出を実現する。
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技術名 |
光熱偏向技術 |
CRDS呼気アセトン検出 |
μSORSラマン分光法 |
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製品/技術手段 |
光熱偏向技術 |
キャビティ減衰分光計 |
マイクロオフセット空間ラマンスペクトル |
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測定方法 |
指の透過光角度の変化 |
呼気中のアセトン濃度は間接的に血糖を反映する |
皮膚真皮層グルコース分子の直接測定 |
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せいど |
モデルとなって着るMARD 15%-20% |
とGC-MS相関 | MARD=14.6% |
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優位 |
完全非侵入、消耗品なし |
携帯、リアルタイム監視、高速 |
特別なキャリブレーションは不要 |
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劣勢 |
キャリブレーションが必要 |
飲食を受ける/運動妨害 |
設備が重く、収集時間が長い |
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臨床使用/進捗状況 |
商用(EU取得CE認証) |
臨床検証中(代謝モニタリングのみ) |
臨床検証フェーズ |
この光熱偏向技術に加えて、キャビティ減衰分光法(CRDS)や多重微小空間オフセットRaman散乱(mμSORS)分光法などの他の非侵襲血糖検出手段が研究進展中である。
キャビティ減衰分光技術(CRDS):ヒトの血糖値が不足すると、体は脂肪を分解するための予備エネルギー方案を起動する。脂肪分解後、アセトン、β−ヒドロキシ酪酸、アセト酢酸の3種類のケトン体物質を産生する。その中でアセトンは揮発性を持ち、呼吸によって排出することができる。デバイスはアセトンを呼び出す量を測定し、血糖状態を推定することができる。CRDS技術は、減衰チャンバ内の光の減衰時間を測定するものであり、この時間は、減衰チャンバミラーの反射率と減衰チャンバ内の媒体の吸収にのみ関係する。この技術(CRDS)の原理は一般的に言えば、密閉空間におけるアセトンガス分子の反射光線の減衰速度を測定することにより、血糖濃度を決定することである。
多重微小空間オフセットRaman散乱(mμSORS)分光技術:今年2月、上海交通大学医学院付属瑞金病院王衛慶、陳昌教授チームも、全く新しい非侵襲血糖検査技術を開発した。この非侵襲血糖検出技術のフルネームは、多重微小空間オフセットRaman散乱(mμSORS)分光技術である。mμSORS技術の核心は、光学コヒーレントトモグラフィー(OCT)を用いて皮膚表皮厚分布を決定し、ラマン散乱分光法により皮下組織液と毛細血管中の血糖情報を取得することにある。手のひらを測定装置に軽く貼り付ける必要があり、皮膚の深さが異なるラマン信号を捕捉することで、血糖値を正確に測定することができる。
3つの方法の詳細な比較は上図を参照することができる。
重点的に指摘しなければならないのは、以上の3つの方法の臨床応用の進展の中で、光熱偏向技術だけがビジネスフェーズ,DiaMonTechがこの原理に基づいて開発した非侵襲型血糖計D-Baseは、2019年にCE医療機器認証を取得しており、残りの技術路線は臨床検証段階にある。
ドイツのnanoplusは1998年に設立され、創設者は一人当たりヴュルツブルク大学応用物理学部から来ており、新型半導体レーザの研究と生産に専念している。nanoplusはガスセンシング分野の半導体レーザの国際的に有名なメーカーとサプライヤーである。nanoplusは、760 nmから14000 nm間の任意の中心波長の分散フィードバック(Distributed Feedback)DFBレーザ(ICL、QCLも含む)レーザ。近年、nanoplusは医療分野における半導体レーザの応用を絶えず推進しており、先進的な半導体デバイスを用いた医療技術の革新的な発展にも力を入れてきた。
唯鋭科技はドイツのnanoplusの中国における独占代理店である。糖尿病問題は世界的な挑戦であり、世界で5億3000万人以上がこの病気にかかっている。唯鋭科学技術はこれまでも先進的な半導体デバイスの医療分野への応用を重視しており、非侵襲血糖モニタリング技術の推進は血糖検査を指先採血の方式に別れを告げさせ、人々の苦痛を軽減し、血糖疾患の診療効率を高め、ひいては医療システムの効率を高める革命を起こすことが期待されている。