技术科普 | 初识CGM核心壁垒之传感器技术

柏医健康 1,537 2024-01-12

CGM血糖监测产品硬件系统主要包含传感器、发射器、接收器三大组成部分,其中传感器需插入皮下组织并连续测量葡萄糖水平,实现对组织液中葡萄糖的感应及电信号转换,直接影响CGM产品检测的灵敏度与准确性,是CGM产品壁垒最高、最核心的部件。

CGMS构成(以雅培FreeStyle Libre为例)

持续血糖监测系统(CGMS)主要由传感器、发射器、接收器、算法等部分组成
传感器:插入皮下组织并连续测量葡萄糖水平,实现对组织液中葡萄糖的感应及电信号转换,直接影响检测的灵敏度与准确性;
发射器:连接传感器,接收传感器传出的数据;
接收器:接收发射器发送的数据,显示血糖数值(早期产品具有一个类似于PDA一样的设备作为接收器,目前普遍将手机作为接收器);
算法:将电信号转化为葡萄糖浓度, 并最终形成CGM监测数据和图谱。

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持续血糖监测系统图示

什么是CGM传感器

血糖传感器可以以一种几乎无痛的方式插入上臂或腹部皮下,以测量组织间液中的葡萄糖水平。使用者将使用一次性传感器敷贴器以便于插入传感器。这些葡萄糖数据由发射器收集,随后经无线传送至智能设备中。

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图片来源:网络

CGM传感器构成

CGM传感器一般是一个微小的柔性传感探头,包括至少一个工作电极和一个参考电极,有的产品还有对电极及更多个工作电极。典型的传感器结构如下图所示:

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资料来源:Cunningham D D, Stenken J A. In Vivo Glucose Sensing [J]. Wiley, 2009. DOI:10.1002/9780470567319

CGM传感器工作原理

目前绝大部分商业化的 CGM 传感器是基于电化学原理制造,核心机制是测量电极(导电表面)氧化反应和另一个电极还原反应产生的电流,三代技术路径的主要差异是氧化还原介质的不同。

第一代技术的氧化还原介体是O2,主要原理是葡萄糖将其两个电子转移到GOx(葡萄糖氧化酶)的辅酶FAD位点并被氧化成葡萄糖酯,还原的FAD位点随后被血液中溶解的O2重新氧化,O2被还原为H2O2。由于H2O2是一种电活性化合物,施加的外部电势会导致电极处H2O2氧化并产生电流,产生的电流大小和与GOx发生反应的葡萄糖浓度成正比。
第二代技术的代表雅培为例,其产品利用的是“连线酶”技术,即将一系列参与葡萄糖反应的酶、辅酶、介质连接在一起的特殊的酶复合物,直接测量葡萄糖浓度而非过氧化氢浓度(雅培的连线酶是由葡萄糖氧化酶、黄素腺嘌呤核苷酸(flavin adenine dinucleotide,FAD)、锇介质、过氧化物酶等组成的酶复合物)。
第三代技术无需介体,实现电子的直接转移(使用纳米材料作为电子传递中介,不借助氧化还原反应,直接实现电子由辅酶FAD到电极的高效传输)。

传感器是CGM产品壁垒最高,最核心的部件

传感器是CGM产品壁垒最高、最核心的部件,直接决定CGM产品测量结果的准确性。柏医健康基于Dexcom技术路线研发的单层双面CGM传感器及系统,具有知识产权自主可控、工艺简单、响应快速、稳定性好、准确性高等优点。

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拜怡康TM-TaiChi-01持续血糖监测系统

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