综述：血糖监测的演变：从侵入性到非侵入性设备和传感器的全面回顾

本文全面综述了血糖监测技术的发展，涵盖侵入性、微创性和非侵入性技术及相关商业应用。

　　

血糖监测技术的发展综述

糖尿病作为一种全球性的健康问题，其发病率正逐年攀升。据统计，全球约有 4.22 亿人受糖尿病影响，每年因糖尿病导致的死亡人数高达 150 万 。在印度，估计有 7700 万成年人患有 2 型糖尿病，2500 万人处于糖尿病前期。糖尿病主要分为 1 型糖尿病（T1DM）、2 型糖尿病（T2DM）、妊娠期糖尿病（GDM）等多种类型。T1DM 是由于胰腺 β 细胞被自身免疫破坏，导致胰岛素绝对缺乏；T2DM 与胰岛素抵抗和相对胰岛素缺乏相关；GDM 则是在怀孕期间首次出现的高血糖。此外，还有一些特殊类型的糖尿病由特定原因引起，如遗传突变、胰腺疾病等。

长期的高血糖或低血糖会引发严重的健康并发症，如中风、视力损害、心脏骤停等，因此，血糖监测对于糖尿病的管理至关重要。传统的血糖监测方法，如指血检测和微创的微针插入检测，虽然能够提供较为准确的血糖数据，但存在诸多弊端。频繁的指血检测会给患者带来疼痛和不便，且有感染风险；微创检测也会引起不适，导致患者依从性较低。

随着科技的发展，非侵入性血糖监测（NIBGM）技术应运而生，为糖尿病患者带来了新的希望。本文将对血糖监测技术的发展进行全面综述，涵盖从侵入性到非侵入性的各类设备和传感器。

研究方法

在研究血糖监测技术的过程中，研究者通过广泛查阅学术数据库，包括 ACM 数字图书馆、爱思唯尔图书馆、Web of Science（WOS）数据库和 IEEE 数据库等，收集了大量相关文献。在对文献进行筛选时，首先从这些数据库中识别出 320 条记录，然后通过去除重复记录、不符合标准的记录以及因各种原因无法获取全文的记录等步骤，最终筛选出 41 篇高质量文章进行深入研究。这种系统的文献综述方法确保了研究的全面性和可靠性，为后续对血糖监测技术的分析提供了坚实的基础。

血糖监测技术的分类

根据侵入程度的不同，血糖监测（BGM）技术主要分为侵入性血糖监测（IBGM）、微创性血糖监测（MIBGM）和非侵入性血糖监测三大类。而生物传感器作为血糖监测的关键部件，通常包含生物识别元件、换能器和信号处理器三个重要部分。基于葡萄糖识别的不同过程，生物传感器又可分为 4 代。

• 侵入性技术：侵入性 BGM 技术需要通过刺破皮肤获取血样来检测血糖水平。其中，酶法（如葡萄糖氧化酶法）和己糖激酶法是常用的实验室检测方法。酶法利用葡萄糖氧化酶或葡萄糖脱氢酶与葡萄糖的特异性反应，通过检测反应产生的过氧化氢或其他产物来确定葡萄糖浓度；己糖激酶法则通过两步酶促反应，将葡萄糖转化为可测量的物质来进行检测。这些方法虽然准确性较高，但频繁采血会给患者带来痛苦，且存在感染风险。
• 微创性技术：微创性血糖监测技术旨在减少传统侵入性测量带来的疼痛和风险。它主要包括微针系统、皮下传感器和微透析系统等。微针系统通过微小的针头获取间质液进行检测，能够在一定程度上减轻患者的痛苦；皮下传感器则是将传感器置于皮下，持续监测间质液中的葡萄糖浓度；微透析系统通过导管连续采集间质液进行化学分析。这些技术在提高患者舒适度的同时，也面临着一些挑战，如微针穿透深度的控制、间质液采集的准确性等。
• 非侵入性技术：非侵入性血糖监测技术是当前研究的热点，它避免了采血过程，具有无痛、便捷等优点。该技术主要包括光学生物传感器、毫米波 / 微波生物传感器和纳米技术生物传感器等。光学生物传感器利用光与葡萄糖分子的相互作用来检测血糖，如等离子体生物传感器利用石墨烯等材料增强检测灵敏度，荧光生物传感器通过量子点等技术实现无创血糖监测；毫米波 / 微波生物传感器则利用毫米波和微波辐射穿透组织的特性，通过测量组织的电导率和介电常数来推断血糖水平；纳米技术生物传感器通过将纳米材料应用于传感器，提高了检测的灵敏度和选择性，如铜纳米复合材料传感器、银纳米复合材料传感器等。

商业设备的发展历程

血糖仪的商业应用始于 20 世纪 60 年代。早期的设备复杂且使用不便，只能在实验室中操作。1965 年，Ames Diagnostics 推出了 Dextrostix 血糖测试条，使血糖检测不再依赖实验室设备，但准确性有限。1971 年，Anton Clemens 发明了 Ames Reflectance Meter，这是第一款便携式血糖仪，但仍需大量血样。1981 年，Bayer 推出了 Glucometer，这是第一款可供消费者使用的个人便携式血糖仪，极大地改善了糖尿病患者的自我监测能力。此后，血糖仪技术不断发展，功能日益强大，如增加了数据存储、无线传输等功能，检测所需血样量也越来越少，准确性不断提高。近年来，连续血糖监测（CGM）系统得到了广泛应用，如 FreeStyle Libre、Dexcom G5 等，这些系统能够实时监测血糖水平，为患者提供更全面的血糖信息，有助于更好地管理糖尿病。

非侵入性生物传感器技术的最新进展

近年来，非侵入性生物传感器技术取得了显著进展。在光学生物传感器方面，多种技术不断涌现。等离子体生物传感器通过优化材料和结构，提高了检测葡萄糖的灵敏度；荧光生物传感器利用量子点、深度学习算法等技术，实现了更准确的无创血糖监测；光学偏振传感器通过测量偏振光与葡萄糖分子的相互作用来检测血糖，有望实现连续、无创的监测；光学断层扫描传感器和光谱传感器（如近红外光谱、远红外光谱、中红外光谱、拉曼光谱等）利用不同光谱与葡萄糖分子的特异性反应，在实验室和临床研究中展现出良好的应用前景。

毫米波 / 微波生物传感器利用其穿透组织的特性，通过雷达、共振扰动、传输和反射等方法测量血糖水平。这些技术在检测血糖时，能够深入穿透组织，获取更准确的血糖信息，但也面临着信号干扰等问题。

纳米技术生物传感器在非侵入性血糖检测中也发挥着重要作用。例如，基于铜纳米复合材料、银纳米复合材料、金纳米复合材料和碳纳米管（CNT）的传感器，通过独特的材料设计和制备工艺，展现出高灵敏度、高选择性等优点，为无创血糖监测提供了新的途径。

血糖监测系统的参数和分析工具

为了评估血糖监测系统的准确性和效率，有一系列的参数和分析工具可供使用。例如，平均绝对相对差（MARD）用于衡量 CGM 系统测量值与 “真实” 血糖水平的偏差程度，MARD 值越低，说明系统的准确性越高；血糖生成指数（GI）用于衡量食物对血糖水平的影响，有助于糖尿病患者合理调整饮食；葡萄糖趋势图和轮廓图能够直观展示血糖随时间的变化趋势，帮助患者和医护人员及时发现血糖异常波动；误差网格分析（EGA）通过将测量值与参考值进行对比，评估测量误差的临床后果，常见的误差网格有 Parkes 误差网格、Clarke 误差网格和共识误差网格；Bland - Altman 图则用于比较两种测量方法的一致性，能够直观展示测量差异和偏差趋势。

讨论与未来研究方向

尽管现代微创和非侵入性血糖监测技术取得了一定成就，但仍面临诸多挑战。目前的设备需要满足更严格的标准，如 ISO 15197:2013 和美国食品药品监督管理局（FDA）的规定，这对技术的准确性提出了更高要求。随着可穿戴技术的发展，大量数据的收集和分析为血糖检测带来了新的机遇，但也需要开发更有效的算法来处理这些数据。此外，非侵入性设备在准确性和可靠性方面仍有待提高，需要开发更灵敏的传感器和更先进的信号处理技术，以减少干扰和噪声的影响。

未来的研究可以朝着实时数据集成分析的方向发展，结合 CGM 和其他可穿戴设备的数据，更全面地了解血糖波动和趋势。同时，扩大样本规模和研究人群的多样性，有助于深入了解不同因素对血糖管理的影响。此外，在远程医疗中加强技术教育和患者赋权，提高患者对血糖监测的认识和管理能力，也是未来研究的重要方向。

结论

血糖监测技术在糖尿病管理中起着至关重要的作用。本文通过对血糖监测技术的全面综述，分析了各类监测方法的优缺点，强调了相关评估工具在糖尿病管理中的重要性。尽管目前的监测技术存在一些局限性，但随着技术的不断发展，如实时数据集成分析、多学科团队合作等，有望进一步提高血糖监测的准确性和效率，改善糖尿病患者的生活质量。未来，需要继续深入研究糖尿病的病理生理学，开发更有效的干预措施和护理模式，以更好地控制糖尿病，提高全球糖尿病患者的健康水平。同时，随着新的技术不断涌现，血糖监测领域的研究也需要持续更新，以适应不断变化的需求。