迄今為止，糖尿病的治療手段主要是通過服用或者注射藥物來控制血糖。對那些每天都需要注射藥物（主要是胰島素）的病人來說，注射不僅痛苦，而且如果由于種種原因沒有或者忘記了按時注射，將可能導致嚴重后果，甚至危及生命。即使是那些通過服藥來控制血糖的病人，也仍然需要通過采血來監(jiān)控血糖水平，經常被采血針扎同樣不是一種令人愉快的經歷。

    科學家最近的一項發(fā)明在未來有望解除糖尿病患者的這些困擾。韓國的科學家最近在著名的科學期刊《自然納米技術》（Nature Nanotechnology）上發(fā)表了一篇研究論文，介紹了他們使用一種叫石墨烯的材料制作的糖尿病貼片。
    整個系統(tǒng)包括一個手機大小的便攜式電化學分析儀、一部智能手機和一張超薄的貼片。在把貼片貼到體表之后，病人就能夠對自己的血糖水平進行24小時的實時監(jiān)控。如果血糖水平過高，無需病人任何操作，貼片就會自動釋放藥物，降低血糖水平。如果在未來能夠取得臨床應用，這種貼片將會幫助病人更好地控制血糖水平，而且毫無疑問會極大的提高病人的生活質量。

    神奇材料
    科學家最初制備石墨烯的方法原理非常簡單：把膠帶粘貼到石墨上，然后撕下膠帶，再用新的膠帶粘貼撕下來的這一片石墨，再一次撕膠帶。不斷地重復這一操作，石墨片就會變得越來越薄，直到最后得到只有單層碳原子的石墨烯。但是這種方法不僅產率低、成本高而且難于制備出大尺寸的石墨烯。
    隨著研究的深入和技術的進步，科學家現(xiàn)在已經能用很多種方法來制備石墨烯。其中有一種叫做化學氣相沉積的方法由于能夠規(guī)模化地制備出高質量、大尺寸的石墨烯，正受到越來越多的關注。
    當把這種方法制備的石墨烯用來搭載生物醫(yī)學檢測元件時，科學家卻遇到了一個也許會讓普通人覺得不可思議的障礙：這些石墨烯的質量太好了。
    化學氣相沉積法制備出的石墨烯質量很高，也就是說這些石墨烯的‘缺陷密度’很低?！备哔|量的石墨烯的電化學活性比較低，這使在石墨烯上集成用電化學反應進行信號檢測的元件難度較大。石墨烯上的缺陷位點，或者說“瑕疵”，能夠幫助檢測元件上的材料與石墨烯通過化學鍵結合到一起。但是過多的缺陷位點又會降低系統(tǒng)的電學特性。
    這就意味著這項研究中使用的石墨烯需要拒絕“完美”，但同時質量又不能太低。如果在石墨烯上添加一層金顆粒，石墨烯的電化學活性將會得到大幅度的提高，滿足這項研究的需要。

    毫厘之間
    韓國科學家的這項發(fā)明包括三個部分：一張?zhí)悄虿≠N片、一個手機大小的便攜式電化學分析儀和一部智能手機。貼片通過接口與分析儀相連，而分析儀與手機之間能夠通過無線進行信號傳輸。糖尿病貼片上搭載的檢測元件能夠對各項生理指標進行檢測。電化學分析儀通過接口與貼片相連，一方面為貼片供能，一方面對貼片檢測到的電化學信號進行分析，并把分析結果傳輸給智能手機。在對結果進行進一步的分析處理之后，手機上的應用軟件會根據使用者的血糖水平向貼片發(fā)出相應的指令。如果血糖水平過高，貼片就會釋放降糖藥物。
    要想實時監(jiān)測血糖水平，并在血糖過高時釋放藥物，這張貼片必須要包含三個模塊：首先需要一個能實時準確檢測血糖水平的模塊；同時還需要一個儲存和釋放降糖藥物的模塊，當病人的血糖過高時，這個模塊需要立刻向病人體內釋放藥物；最后還需要一個信號反饋的部分，當血糖水平降低到正常水平時，這個模塊會“通知”系統(tǒng)停止釋放藥物，避免出現(xiàn)血糖水平過低的情況。通過精巧的設計，李賢宰和同事把所有這些模塊整合到了一片石墨烯上。整個系統(tǒng)不僅尺寸很小，長寬分別為6厘米和4厘米，而且非常得?。汉穸戎挥写蠹s1毫米。

    超薄的藝術
    為了便于貼片把檢測到的信號傳遞給電化學分析儀，科學家在石墨烯上添加了一層金網。除了能夠傳遞電信號之外，這層金網還使貼片能夠很方便地與電化學分析儀的接口實現(xiàn)連接。通過一種叫做光刻的技術，研究人員把連接金網節(jié)點與節(jié)點間的金箔絲做成了扭曲的蛇形，這種連接方式為整個金網提供了充分的緩沖空間，使它能夠耐受拉伸和扭曲形變，不會損壞?？茖W家們隨后又在石墨烯上添加了金顆粒，大幅度地提高了其電化學活性。
    這片石墨烯/金網很薄，厚度只有幾微米（1微米＝0.001毫米），非常不利于使用者使用，所以研究人員又通過一種叫做轉移印刷（transfer printing）的技術把它轉印到了一層厚薄適度（但仍然很?。┑耐该魅嵝再N片上。這層柔性貼片在從皮膚上撕下來之后，仍然能夠重復粘貼使用。
    科學家們接下來把血糖檢測模塊中的各種檢測元件添加到了這片石墨烯/金網上。由于這些檢測元件的材料各不相同，所以需要逐一進行添加，但添加的原理都是一樣的。使用一種叫做電沉積的技術，通過控制電場，讓反應液中的相應材料一點點地‘長’到石墨烯/金網的指定位置上，從而形成了各式各樣的檢測元件。要想執(zhí)行相應的功能，有一部分檢測元件還需要一些生物或者化學試劑。在把所有元件添加到石墨烯/金網上之后，他和同事又把這些試劑逐一地添加到了相應的元件里。
    除了血糖檢測模塊之外，貼片上的降糖模塊同樣也很精巧。研究人員首先把一種降低血糖的常用藥物二甲雙胍和一種能被機體吸收的材料混合到一起，然后把這種混合物灌注到很小的顯微針形狀的模具里。在把石墨烯/金網（已經被搭載在了柔性貼片上）蓋在模具上之后，利用交聯(lián)反應，把這種混合物固化成了一個由很多顯微針組成的藥物儲存/釋放元件，并將其從模具中輕松地剝離下來，交聯(lián)反應同時還把這個藥物儲存/釋放元件成功地集成到了石墨烯/金網上。這些顯微針每一個都可以看作是一小“瓶”二甲雙胍，能夠被機體逐漸吸收。由于這些顯微針非常微小，最大直徑（根部的直徑）只有250微米（0.25毫米），高度只有大約1毫米，所以貼到體表扎進皮膚時并不會感到疼痛。
    為了保證在血糖水平正常時這些藥物不被機體吸收，科學家們隨后又在這些顯微針的表面噴灑了一層熱敏材料。通過在這個降糖模塊上搭載一個加熱元件，整個系統(tǒng)能夠保證只有在需要時藥物才會被釋放：當血糖水平過高時系統(tǒng)會發(fā)出指令讓加熱元件升溫，直至熱敏材料融化（材料達到41度時就會融化），這時顯微針就能被機體吸收，達到降低血糖的目的。由于這個加熱元件是分批次對顯微針進行加熱的，所以并不會出現(xiàn)加熱一次就把顯微針用光的情況。
    貼片負責信息反饋的部分包括兩個元件，被分開搭載在了血糖檢測模塊和降糖模塊上?？茖W家在降糖模塊上添加了一個溫度測量元件，這個元件能夠檢測加熱元件的溫度，如果溫度過高，手機應用會發(fā)出停止加熱的指令，避免使用者被燙傷。當血糖水平過低時人會出現(xiàn)打顫的反應，利用這個現(xiàn)象來保證藥物不被過量釋放：在血糖檢測模塊上搭載了一個顫抖感受元件，當這個元件檢測到使用者出現(xiàn)了頻率大約為1赫茲（每秒鐘1次）的顫抖時，系統(tǒng)也會停止加熱，不再釋放藥物。
    在把所有這些模塊添加上去之后，這張貼片仍然非常薄，貼在體表之后只有大約1毫米厚。精巧的設計和精細的制造工藝使它不僅是多門學科交叉整合的結晶，同時也像是一片超薄的藝術品。

    精準控糖
    糖尿病患者日常監(jiān)測血糖（血糖中的“糖”指的是葡萄糖）水平的方式幾乎都是指尖采血，然后用血糖儀進行檢測。但在這項研究中，科學家們并沒有用采血的方式來監(jiān)測血糖。
    在人分泌的汗液中同樣含有葡萄糖，而且研究發(fā)現(xiàn)汗液中葡萄糖的水平與血液中葡萄糖的水平存在著關聯(lián)性，因此從理論上說，用汗液中檢測出的葡萄糖水平能夠反推出血液中的葡萄糖水平。
    這張貼片的血糖檢測模塊中有一個吸汗元件，能夠把使用者體表分泌的汗液吸進貼片里。為了保證系統(tǒng)只在汗液充足的時候才進行葡萄糖水平的檢測，貼片上還搭載了一個濕度檢測元件。只有這個元件檢測到貼片里的相對濕度達到80%以上，也就是有充足汗液的時候，手機上的應用軟件才會向貼片發(fā)出指令，讓其檢測汗液中的葡萄糖水平（在貼到體表之后，貼片通常在很短的時間內就能收集到足夠的汗液）。
    科學家把這種貼片分別在人和糖尿病小鼠上進行了測試，并與其它的方法進行了比較。研究結果表明，貼片檢測出的血糖水平與使用非常靈敏的化學檢測試劑盒測出的血糖水平高度地一致，準確性比糖尿病病人廣泛使用的家庭用血糖儀還要高。在糖尿病小鼠上的實驗顯示當手機應用發(fā)出藥物釋放的指令之后，釋放的藥物能夠把小鼠的血糖迅速地降低到正常水平，由于釋放的藥物直接進入血液，所以藥物的使用效率比通過口服要高，起效的速度也更快。
    雖然這個貼片系統(tǒng)使用便捷、性能優(yōu)異，但要想在臨床上取得應用，這個系統(tǒng)還有不少地方有待完善。一方面目前降糖部分的實驗是在小鼠上進行的，未來還需要在人體上進行進一步的測試。另一方面，如果糖尿病病人使用這種貼片，一張貼片現(xiàn)在至少能夠使用一天，但如果對系統(tǒng)檢測的頻率和藥物儲存的方式進行優(yōu)化，在未來一張貼片的使用壽命有可能會更長。除此之外，在血糖檢測元件的穩(wěn)定性等方面這個系統(tǒng)也還有提升的空間。當被問到糖尿病病人還要等多久才能用上這種貼片時，科學家認為至少還要5年，但他對這個系統(tǒng)充滿信心。