出品：科普中國
作者：外密子
監製：中國科學院電腦網絡資訊中心
現代互聯網社會中，網絡名人的一舉一動總能牽動億萬網民的心。昨天，某位大佬植入"檢測芯片"的新聞又引起了社交媒體上的廣泛討論。
1．真相是？
從現有的資訊來看，所謂皮下植入芯片的事，應該是這位業外人士的理解和實際情況出現了一定的偏差。據春雨醫生微信號介紹，他購買的應該並不是他自己所說的"能檢測多種參數"的芯片，而是2017年剛剛被美國FDA批準上市的雅培瞬感掃描式血糖儀。
其實，與其說這是一種植入體內的芯片，倒不如說它更接近一種可穿戴式血糖監測設備。
該型血糖儀主要由敷貼傳感器和數據讀取器兩部分構成。
其中，敷貼式傳感器是這一設備的主要工作部件，它由一個紐扣狀的電信號分析與發射元件和一根長約6毫米的細小電化學探針構成。而這套系統的奧秘，就藏在它的探針裡面。這根細小的探針，本質上是由半透膜包裹著的一組葡萄糖電化學感應電極。由於它的尺寸很小，就比較容易在不引起劇烈疼痛的情況下穿透表皮層與真皮層（如探針過短，無法扎透表皮層，則測量不到有意義的信號），進入皮下組織中，並與組織間液親密接觸。
在一段時間的浸泡之後，組織間液中的葡萄糖等小分子，就會滲透通過探針上起保護作用的半透膜，接觸到感應電極，並在電極上包被的葡萄糖氧化酶的作用下，被氧化成葡萄糖酸。而在這一過程中，也會產生易於分解，放出電子的副產物（過氧化氫），從而被探針上電極檢測到。這個原理與現在常見的電化學指尖血糖檢測技術並無太大差異。
要說特殊之處，主要是使用了一種被稱為"有線酶技術（wired enzyme technology）"特殊的氧化酶固定方法。使用這種方法固定在金屬電極上的氧化酶，有著比傳統方法更好的電子傳輸效率和化學穩定性，能在體內環境下維持正常活性十餘天而不發生失活變性。就是這項化學技術突破，使得在體內環境下的連續血糖監測成為可能。
▲"有線酶技術"的原理，葡萄糖分子與氧化酶接觸後，產生的電信號可由聚合物鏈式傳到至電極上（圖片來自公開的會議報告）
相比於敷貼式探針所具備的科技含量，這套監測系統內附帶的數據讀取器，其實並沒有太多黑科技，它的功效主要就是接收從敷貼式傳感器上無線發來的信號，並把這個信號轉化為一般人可以理解的血糖示數。
行筆至此，大家就會發現，這種設備並不是真正意義上的植入式芯片。
2. 植入式芯片是幻想嗎？不是，確實已經有了
可大家也不必失望，真正的植入式血糖監測芯片也已經初露真容了。
▲皮下植入式血糖傳感芯片示意圖，光化學傳感器將血糖信號傳輸至轉運站器，最終通過手機軟體無線讀取 （圖片來自eversense 官方宣傳片）
就在四個月前，美國的Eversense公司發布了一款真正可植入皮下的可持續血糖監控（CGM）芯片。
與雅培的電化學檢測方案不同，Eversense採用了熒光方法進行血糖檢測。簡單來說，植入體內的微傳感器上，用來與組織間液接觸的部分不再是電極探針，而是一種對葡萄糖濃度敏感的熒光高分子聚合物（具體材料並未公開）。在葡萄糖濃度較高的情況下，這種熒光聚合物會有較高的量子效率（quantum yield）。反之，在血糖濃度較低時，這種材料的量子效率也會降低。由於熒光信號需要外界光源激發，這種芯片裡也內置了一枚小型的特定波長LED光源。而被激發後產生的熒光信號，則通過芯片內集成的微型光敏元件轉化為電信號。
也就是說，在激發光強度大致相同的情況下，傳感器接收到的熒光信號強度，與血糖濃度大致呈正比。當體內植入的芯片讀出了血糖水準後，它會將這一示數通過藍牙發送至離他僅有幾毫米之隔的貼皮式信號轉運站器，並通過它輸出到用戶的手機上。
與雅培的產品相比，Eversense聲稱它們的這一產品擁有更長時間（約三個月）的體內壽命，如果這一參數可靠，它的使用時限將能達到雅培產品的六倍。但值得注意的是，由於上市時間很短，該產品的可靠性，尚未得到美國醫療監管部門的認可。在此之外，有機熒光材料也常常會出現光致褪色的情況，導致信號強度較初始值降低。這個問題來源於分子本身的光化學性質，很難規避。個人認為，該產品在使用一段時間之後的性能，仍需謹慎觀察。
3. 能"測很多東西"的植入式芯片 還在路上呢
雖說可植入式生物傳感器，至今已經取得了巨大的進展，但現有的產品在技術上仍然有一些不足之處。
其中最要緊的問題，就是它們相對較短的壽命。哪怕是設計壽命三個月的皮下芯片，也需要在一年內更換數次。誰會希望在植入一個芯片後幾個月，再進行一次手術將其取出？這聽起來就很痛苦啊！
其次，出於技術水準的限制，無論是雅培的產品，還是Eversense的新技術，它們都無法做到貨真價實的連續監測。為了不使血糖敏感材料過快失活，它們都采取了每隔十幾分鐘檢測一個數據點的方案，這在檢測瞬時血糖變化時仍然稍顯不足。
為了解決這些問題，科學家們正在進行多種方向的技術突破。近些年來由於材料和化學科學的快速發展，基於半導體納米線，量子點，石墨烯，熒光共振能量轉移等技術的葡萄糖檢測方法層出不窮，日新月異。
筆者衷心地希望，這些技術進展能最終帶來更有吸引力的產品。
https://zhuanlan.zhihu.com/p/44962940（這是中科院之聲之前報導過的一個新聞）
一個典型的植入式顱內傳感器，圖片來自論文
除了監測血糖的植入式血糖傳感芯片外，大家可能更關注監測其它參數的植入式生物傳感器。
這些年，它們也在飛速發展。其中進展最快的，是腦脊液/腹水的多參數檢測芯片。這類技術主要著眼於對顱內壓，顱內溫度，腦脊液葡萄糖濃度，疾病標誌物濃度，各類離子濃度等進行實時監測。這類技術對急性腦損傷，開顱手術患者的療效和生命體征監測有著至關重要的意義。除此以外，由於急性感染反應起病急，預後凶險，包括作者在內的多個研究組也在著手開發能實時檢測數個感染免疫指標的可植入式傳感芯片。
不過，我在這裡要給大家潑一盆冷水，由於這兩種傳感器的功能，較葡萄糖傳感器複雜很多，世界上暫時還沒有能進入市場的產品。不過我願意相信，隨著技術的不斷進步，這類較為複雜的植入式傳感芯片，也會很快出現在大家的視野裡。
（本文得標明來源的圖片均已獲得授權）
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