设备创新：多微空间偏移拉曼光谱（mµSORS）系统
来源：未知 时间：2025/02/13 作者：admin2021
这篇Naturemetabolism文章发表于2025年1月；文章的第一作者是YifeiZhang，通讯作者为 Lin Zhou、Guang Ning、ChangChen 和 Weiqing Wang。他们分别来自上海交通大学医学院附属瑞金医院上海国家代谢性疾病临床研究中心、上海市内分泌代谢病研究所、上海光视科技有限公司等单位。该研究的突破性进展在于开发了一种名为多微空间偏移拉曼光谱（mµSORS）的技术，能够实现无创血糖监测，准确检测人体血液中的葡萄糖水平，且无需个性化校准，为糖尿病患者提供了一种更便捷、准确且无需采血的血糖监测方法。
这篇论文的核心设备创新在于开发了一种新型的多微空间偏移拉曼光谱（mµSORS）系统，该系统能够在亚毫米尺度上选择性地检测来自皮肤不同深度的拉曼信号。这一创新技术通过特殊的光纤布局实现了深度选择性检测，显著提高了无创血糖监测的准确性和鲁棒性。
mµSORS系统的设计基于传统的空间偏移拉曼光谱（SORS）技术，但进行了多项改进以适应无创血糖监测的需求。具体来说，mµSORS系统通过以下方式实现了深度选择性检测：
◎ mµSORS系统使用了一个特殊的光纤束，其光纤以同心圆的方式排列，每个同心圆对应一个特定的偏移量（offset）。这些偏移量分别为0微米、50微米、100微米、150微米和200微米（图1a）。这种设计使得系统能够捕捉到不同深度的拉曼信号，从而实现深度选择性检测。
◎光纤束的末端（End A）设计为同心圆结构，以便在样本表面形成特定的偏移量。而另一端（End B）则将信号线性排列，以便于光谱仪检测（图1a）
◎通过实验验证，mµSORS系统能够根据偏移量的不同，选择性地检测来自皮肤不同深度的拉曼信号。具体来说，偏移量越大，检测到的信号越深（图1a和图1e）。例如，偏移量为0的光纤主要检测表皮层的信号，而偏移量为3和4的光纤则能够检测到真皮层的信号。
◎研究者通过双层样品实验（图1a和图1b）验证了mµSORS系统的深度选择性。实验结果表明，随着偏移量的增加，检测到的信号深度逐渐增加（图1c）。
◎为了确定最佳检测深度，研究者结合了光学相干断层扫描（OCT）技术来测量表皮-真皮交界处（DEJ）的深度（图1d和图1e）。通过OCT图像，研究者能够精确地确定DEJ的深度，并将其作为深度选择性检测的参考。
◎在初步BESH中，研究者发现偏移量为3的光纤能够检测到与静脉血浆葡萄糖浓度高度相关的拉曼信号，表明该偏移量对应的深度（约430-620微米）是无创血糖监测的最佳深度（图1e和图2g）。
◎研究者通过初步BESH和扩展BESH验证了mµSORS系统的性能。在初步BESH中，35名受试者的实验结果表明，偏移量为3的光纤检测到的拉曼信号与静脉血浆葡萄糖浓度具有显著的相关性（图2g）。在扩展BESH中，230名受试者的实验结果进一步证明了mµSORS系统的高准确性和鲁棒性，平均绝对相对差异（MARD）为14.3%，99.4%的预测值落在共识误差网格（CEG）的A+B区（图3e）。
图1a：展示了mµSORS系统的整体设计，包括光学探头、光纤束的同心圆结构以及信号检测路径。图中还展示了光纤束在样本表面形成的偏移量，以及不同偏移量对应的检测深度。
图1b：通过示意图解释了mµSORS系统在人体皮肤上的检测原理，包括表皮层和真皮层的拉曼信号检测，以及如何通过偏移量实现深度选择性检测。
图1c：通过双层样品实验验证了mµSORS系统的深度选择性。图中展示了不同偏移量下检测到的拉曼信号强度随深度的变化，表明偏移量越大，检测到的信号越深。
图1d和图1e：展示了通过OCT技术测量DEJ深度的结果，以及mµSORS系统在不同偏移量下检测到的拉曼信号与DEJ深度的关系。这些结果表明，偏移量为3的光纤能够检测到真皮层的信号，是无创血糖监测的最佳深度。
图2g：展示了初步BESH中不同偏移量下拉曼信号与静脉血浆葡萄糖浓度的相关性。图中表明，偏移量为3的光纤检测到的拉曼信号与血糖浓度具有最高的相关性，验证了该偏移量对应深度的优越性。
通过这些创新设计和实验验证，mµSORS系统为无创血糖监测提供了一种新的、具有临床应用潜力的技术。
