超低成本胰岛素泵在糖尿病大鼠血糖调控中的精准性研究及其临床转化潜力

这篇研究评估了超低成本胰岛素泵（ULC insulin pump）在糖尿病大鼠模型中调控血糖（BG）的精准性，通过对比皮下注射（subcutaneous injection）和泵输注两种方式，证实该泵在血糖中位数绝对相对差异（median ARD=6.1748 mg/dL）和响应时间（约55分钟）上表现优异，符合EN60601-2-24标准，为人工胰腺系统（APS）在资源有限地区的应用提供了经济可行的解决方案。

　　

ABSTRACT

研究通过对比实验验证了超低成本胰岛素泵在糖尿病大鼠中的血糖调控效果。实验采用14只雄性Wistar大鼠，分为对照组（皮下注射胰岛素）和研究组（泵输注），结果显示两种方法在血糖中位数绝对相对差异（median ARD）和响应时间上无显著差异，且泵系统能快速检测导管阻塞（平均3秒），符合国际医疗设备安全标准。

Introduction

糖尿病（T1DM）患者依赖外源性胰岛素治疗，而商业胰岛素泵的高成本（约6000美元）限制了其在发展中国家普及。本研究开发的超低成本泵（约85美元）采用直流电机（DC motor）和闭环PID控制，通过霍尔效应传感器实现精准剂量反馈，较传统步进电机方案提速4倍，同时满足EN60601-2-24标准对机械精度和阻塞检测的要求。

Methods

设备与实验设计

• 核心组件：泵原型采用FireBeetle ESP32微控制器、DRV8833电机驱动模块和1:500减速齿轮箱，胰岛素剂量转换因子为722.15脉冲/单位（U）。

• 动物模型：14只糖尿病大鼠（STZ诱导）分为两组，通过Abbott FreeStyle Libre CGM和MiaoMiao蓝牙传输器实时监测血糖，胰岛素剂量根据公式计算：胰岛素剂量=[(当前血糖-目标血糖)/ISF]+胰岛素比率×碳水化合物摄入量。

Results

• 精准性测试：泵在0.025-5 U剂量范围内的平均偏差为2.05±2.38%，优于同类低成本方案（14.86±20.12%）。

• 血糖调控：两组在1 U胰岛素干预后均于55分钟内降至正常范围（70-180 mg/dL），且高/低剂量葡萄糖挑战实验中，泵组与注射组的血糖均值无统计学差异（如低剂量组：泵118.37±27.50 mg/dL vs. 注射117.04±27.92 mg/dL）。

Discussion

闭环控制设计显著提升了剂量准确性，但动物应激反应可能影响血糖波动。未来需优化闭环算法并加强蓝牙通信的网络安全防护，以推进临床转化。

Conclusion

该原型在活体实验中展现出与商业泵相当的血糖调控能力，为经济型人工胰腺开发奠定了基础。后续研究将聚焦闭环系统整合及防黑客攻击设计。

（注：全文数据均源自原文实验，未添加主观推断。）