北京大学崔悦教授研究团队设计出一种人工胰腺，体积比任何市场在售装置小98%，制造成本低100倍。

人工胰腺是一种自动胰岛素输送系统，由持续跟踪血糖水平的传感器、胰岛素泵、计算任何给定时刻所需胰岛素量的算法组成。这种装置显著改善I型和II型糖尿病的管理，因为它能减小患者负担，无需患者本人每天做出多次医疗决策。  

然而，这些设备体积庞大，穿戴不适，血糖传感器所需的长针也会给一些用户带来疼痛。此外，该技术的成本目前是阻碍广泛应用的主要障碍。  

北京大学材料科学与工程学院副教授崔悦指出：“截至目前，市售的人工胰腺装置仍然很少。这些装置价格不菲，从3000美元到8000 美元不等。”  

相比之下，崔教授和研究团队设计的新型人工胰腺结构紧凑、易于穿戴，且制造成本低廉，单台成本仅为10美元。

微型人工胰腺如何制造

制造微型人工胰腺的第一步是缩小葡萄糖传感器的尺寸。为此，研究人员将商用装置所用的长金属针更换为多个长度小于1毫米的微针，过期后这些微针就会溶解。使用时，微针刺入皮肤表层，其深度仅需容纳一个更小的微管阵列，将这些微管与传感器依赖的电极进行连接，即可测量葡萄糖水平。

北京大学研究团队制造的人工胰腺直径仅1.5厘米，厚度约1厘米。

缩小装置总体积的另一个关键步骤是降低其功耗，这是因为供电电池在系统中占据很大比重。由于胰岛素泵是最耗能的部件，科学家将传统机械泵更换为电渗微泵，后者体积更小、也更简易。经过进一步改进的微泵可减少耗能，总功耗比传统胰岛素泵低300倍。

然后，将血糖传感器、微泵和3D打印的胰岛素储药器堆叠在一起，形成一个直径约1.5厘米、厚约1厘米的硬币大小的装置。该装置的总体积仅为2立方厘米左右，而目前市售的人工胰腺的体积通常超过100立方厘米。

技术更普及

对糖尿病大鼠和猪的实验表明，这种微型人工胰腺可在三天内维持稳定的葡萄糖感应及胰岛素泵送水平。平均而言，动物血糖水平在目标范围内的持续时间占68%，商用装置血糖水平的范围内持续时间则占75%。  

研究人员根据医疗器械的典型利润率和销售成本，估计商用装置的制造成本约占其价格的40%，这意味着每台装置的制造成本为1000 到4000美元。微型人工胰腺的单台制造成本仅为10美元，使得这项技术对全球用户更加友好。

未来的研究重点是提升装置性能，同时进一步缩小尺寸、降低功耗。为在临床环境中推广该装置，科学家还将致力于改进控制算法，计算任何特定时刻所需的胰岛素量，并使智能手机界面更加直观。  

崔教授表示：“考虑到所有这些优化工艺和 FDA 批准所需的时间，这些装置的未来实际应用估计需要3至5年时间。我们预计，这项研究将为面向糖尿病患者的数字健康设备和可穿戴装置做出重大贡献，并有可能彻底变革传统的糖尿病管理模式，使其转向居家护理。”

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参考文献：

Yiqun Liu et al., Closed-Loop Bioelectronic Artificial Pancreas Patch for Continuous Monitoring and Regulation of Blood Glucose in Diabetic Rats and Pigs, Advanced Science (2025). DOI: 10.1002/advs.202503536  

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