VCSEL-based spectroscopy for next generation non-invasive and wearable glucose monitoring

基于 VCSEL 的光谱技术,用于下一代非侵入式可穿戴血糖监测

基本信息

  • 批准号:
    2504022
  • 负责人:
  • 金额:
    --
  • 依托单位:
  • 依托单位国家:
    英国
  • 项目类别:
    Studentship
  • 财政年份:
    2020
  • 资助国家:
    英国
  • 起止时间:
    2020 至 无数据
  • 项目状态:
    已结题

项目摘要

This project combines researchers from the Medical School and Physics with expertise in optoelectronics,spectroscopy, and metabolic physiology, to develop advanced VCSEL-based spectroscopy aiming to provide a noninvasivewearable sensor for glucose monitoring for patients with diabetes. A prototype will be demonstrated andtested by the end of the project, which is the core technology for the devices to be integrated into watches. Basedon this platform, we aim to step into the research of wearable technologies for glucose monitoring in medical andsports-performance settings.Non-invasive wearable medical sensors capable of providing fast and continuous real-time monitoring ofphysiological variables are in increasing demand. Such medical sensors are pivotal for the management ofnumerous medical conditions, e.g., diabetes. Indeed, 4 million people in the UK have been diagnosed withdiabetes1 - about 10% with type 1, and the remainder with type 2, which is estimated to increase to 5 million in20252. People with type 1 diabetes test their blood-sugar levels four to eight times a day, using invasive needleprickmethods, in order to manage blood sugar levels and maintain their health. A convenient and non-invasiveglucose monitor would revolutionise patient self-care for diabetes.Continuous glucose monitor technology exists but sensors require subcutaneous injection (i.e. are invasive) andhave a lifespan of only one to two weeks. Constant replacement of these sensors makes the cost of these devicesprohibitively expensive (circa £3,000/year). If we are able to develop a non-invasive laser-based technology, thiswould allow more patients to manage their condition continuously and thus reduce the burden on globalhealthcare providers.Laser-based spectroscopy has been proposed as one the most promising techniques for this purpose. However,wearable technologies are influenced by movement, sweat, and temperature, which would significantly affectlaser accuracy in everyday use. This project aims to overcome these challenges through developing a technologythat uses swept operated VCSEL pairs that emit at two selective central wavelengths in near infrared band of 850-1650 nm, which have strong absorption to water and glucose. The VCSEL emitting at 1650nm is challenging, thiswill be achieved through the use of advanced quantum materials of digital alloy and antimonide quantum wellsbased on GaSb substrate, which were developed recently3. With a specific algorithm, this technique is able toprovide stable and accurate measuring of the level of glucose in blood. Optimising the wavelengths, power, andspot size of the lasers will be vital to ensure safety as a priority, while maintaining quality and effectiveness of thedevice.3-year planThe PhD student will develop the laser-based spectroscopy technology and algorithms for analysis of glucoselevels in year one and two of the PhD. This technology will then be translated into human-based trials comparingto (direct) venous blood glucose measurement and existing invasive continuous glucose monitor technology inYear 3. The supervisory team consists of researchers in the Medical School and the Department of Physics andprovides an excellent basis upon which to help develop this technology and test in human trials.The project is a collaboration with Cascade technologies (CAS), who specialise in spectroscopic instrumentationfor gas sensing and Feihong will provide the VCSELs with specified wavelengths. CAS will provide consultancy ofthe design of the spectroscopy and test of our setup (Letter of Support enclosed).
该项目将医学院和物理学的研究人员与光电子学、光谱学和代谢生理学的专业知识结合在一起,开发基于VCSEL的先进光谱技术,旨在为糖尿病患者提供一种非侵入性的可穿戴传感器。原型将在项目结束时进行演示和测试,这是将设备集成到手表中的核心技术。基于这一平台,我们致力于医疗和运动项目血糖监测的可穿戴技术的研究,能够提供快速、连续的生理参数实时监测的非侵入式可穿戴医疗传感器的需求越来越大。这种医用传感器对于管理大量的医疗状况是至关重要的,例如糖尿病。事实上,英国有400万人被诊断出患有1型糖尿病--约10%患有1型糖尿病,其余的人患有2型糖尿病,据估计,到20252年,2型糖尿病患者将增加到500万人。患有1型糖尿病的人每天用有创的针刺法测试他们的血糖水平四到八次,以控制血糖水平并保持健康。一种方便和非侵入性的葡萄糖监测仪将彻底改变患者对糖尿病的自我护理。现有的血糖监测仪技术持续存在,但传感器需要皮下注射(即侵入性的),而且寿命只有一到两周。不断更换这些传感器使得这些设备的成本高得令人望而却步(约3000 GB/年)。如果我们能够开发一种非侵入性的基于激光的技术,这将允许更多的患者持续管理他们的病情,从而减轻全球医疗保健机构的负担。基于激光的光谱学被认为是实现这一目的的最有前途的技术之一。然而,可穿戴技术受到运动、汗水和温度的影响,这将显著影响日常使用中的激光精度。该项目旨在通过开发一种技术来克服这些挑战,该技术使用扫描操作的VCSEL对,该对发射在850-1650 nm的近红外波段的两个选择性中心波长,这对水和葡萄糖有很强的吸收。发射波长为1650 nm的垂直腔面发射激光器具有挑战性,这将通过使用最近开发的基于GaSb衬底的先进量子材料数字合金和锑量子阱来实现。通过特定的算法,该技术能够稳定而准确地测量血液中的血糖水平。优化激光器的波长、功率和光斑大小对于确保安全性、同时保持设备的质量和效率至关重要。该博士生将在博士一年级和二年级开发基于激光的光谱分析技术和算法,用于分析葡萄糖水平。这项技术将在今年第三年转化为人体试验,与(直接)静脉血糖测量和现有的有创连续血糖监测技术进行比较。监督团队由医学院和物理系的研究人员组成,为帮助开发这项技术和在人体试验中进行测试提供了良好的基础。该项目是与Cascade Technologies(CAS)合作的,后者专门从事气体传感的光谱仪器,飞鸿将为VCSEL提供指定的波长。中科院将为我们的光谱设计和测试提供咨询服务(随信附上支持函)。

项目成果

期刊论文数量(1)
专著数量(0)
科研奖励数量(0)
会议论文数量(0)
专利数量(0)

数据更新时间:{{ journalArticles.updateTime }}

{{ item.title }}
{{ item.translation_title }}
  • DOI:
    {{ item.doi }}
  • 发表时间:
    {{ item.publish_year }}
  • 期刊:
  • 影响因子:
    {{ item.factor }}
  • 作者:
    {{ item.authors }}
  • 通讯作者:
    {{ item.author }}

数据更新时间:{{ journalArticles.updateTime }}

{{ item.title }}
  • 作者:
    {{ item.author }}

数据更新时间:{{ monograph.updateTime }}

{{ item.title }}
  • 作者:
    {{ item.author }}

数据更新时间:{{ sciAawards.updateTime }}

{{ item.title }}
  • 作者:
    {{ item.author }}

数据更新时间:{{ conferencePapers.updateTime }}

{{ item.title }}
  • 作者:
    {{ item.author }}

数据更新时间:{{ patent.updateTime }}

其他文献

吉治仁志 他: "トランスジェニックマウスによるTIMP-1の線維化促進機序"最新医学. 55. 1781-1787 (2000)
Hitoshi Yoshiji 等:“转基因小鼠中 TIMP-1 的促纤维化机制”现代医学 55. 1781-1787 (2000)。
  • DOI:
  • 发表时间:
  • 期刊:
  • 影响因子:
    0
  • 作者:
  • 通讯作者:
LiDAR Implementations for Autonomous Vehicle Applications
  • DOI:
  • 发表时间:
    2021
  • 期刊:
  • 影响因子:
    0
  • 作者:
  • 通讯作者:
生命分子工学・海洋生命工学研究室
生物分子工程/海洋生物技术实验室
  • DOI:
  • 发表时间:
  • 期刊:
  • 影响因子:
    0
  • 作者:
  • 通讯作者:
吉治仁志 他: "イラスト医学&サイエンスシリーズ血管の分子医学"羊土社(渋谷正史編). 125 (2000)
Hitoshi Yoshiji 等人:“血管医学与科学系列分子医学图解”Yodosha(涉谷正志编辑)125(2000)。
  • DOI:
  • 发表时间:
  • 期刊:
  • 影响因子:
    0
  • 作者:
  • 通讯作者:
Effect of manidipine hydrochloride,a calcium antagonist,on isoproterenol-induced left ventricular hypertrophy: "Yoshiyama,M.,Takeuchi,K.,Kim,S.,Hanatani,A.,Omura,T.,Toda,I.,Akioka,K.,Teragaki,M.,Iwao,H.and Yoshikawa,J." Jpn Circ J. 62(1). 47-52 (1998)
钙拮抗剂盐酸马尼地平对异丙肾上腺素引起的左心室肥厚的影响:“Yoshiyama,M.,Takeuchi,K.,Kim,S.,Hanatani,A.,Omura,T.,Toda,I.,Akioka,
  • DOI:
  • 发表时间:
  • 期刊:
  • 影响因子:
    0
  • 作者:
  • 通讯作者:

的其他文献

{{ item.title }}
{{ item.translation_title }}
  • DOI:
    {{ item.doi }}
  • 发表时间:
    {{ item.publish_year }}
  • 期刊:
  • 影响因子:
    {{ item.factor }}
  • 作者:
    {{ item.authors }}
  • 通讯作者:
    {{ item.author }}

{{ truncateString('', 18)}}的其他基金

An implantable biosensor microsystem for real-time measurement of circulating biomarkers
用于实时测量循环生物标志物的植入式生物传感器微系统
  • 批准号:
    2901954
  • 财政年份:
    2028
  • 资助金额:
    --
  • 项目类别:
    Studentship
Exploiting the polysaccharide breakdown capacity of the human gut microbiome to develop environmentally sustainable dishwashing solutions
利用人类肠道微生物群的多糖分解能力来开发环境可持续的洗碗解决方案
  • 批准号:
    2896097
  • 财政年份:
    2027
  • 资助金额:
    --
  • 项目类别:
    Studentship
A Robot that Swims Through Granular Materials
可以在颗粒材料中游动的机器人
  • 批准号:
    2780268
  • 财政年份:
    2027
  • 资助金额:
    --
  • 项目类别:
    Studentship
Likelihood and impact of severe space weather events on the resilience of nuclear power and safeguards monitoring.
严重空间天气事件对核电和保障监督的恢复力的可能性和影响。
  • 批准号:
    2908918
  • 财政年份:
    2027
  • 资助金额:
    --
  • 项目类别:
    Studentship
Proton, alpha and gamma irradiation assisted stress corrosion cracking: understanding the fuel-stainless steel interface
质子、α 和 γ 辐照辅助应力腐蚀开裂:了解燃料-不锈钢界面
  • 批准号:
    2908693
  • 财政年份:
    2027
  • 资助金额:
    --
  • 项目类别:
    Studentship
Field Assisted Sintering of Nuclear Fuel Simulants
核燃料模拟物的现场辅助烧结
  • 批准号:
    2908917
  • 财政年份:
    2027
  • 资助金额:
    --
  • 项目类别:
    Studentship
Assessment of new fatigue capable titanium alloys for aerospace applications
评估用于航空航天应用的新型抗疲劳钛合金
  • 批准号:
    2879438
  • 财政年份:
    2027
  • 资助金额:
    --
  • 项目类别:
    Studentship
Developing a 3D printed skin model using a Dextran - Collagen hydrogel to analyse the cellular and epigenetic effects of interleukin-17 inhibitors in
使用右旋糖酐-胶原蛋白水凝胶开发 3D 打印皮肤模型,以分析白细胞介素 17 抑制剂的细胞和表观遗传效应
  • 批准号:
    2890513
  • 财政年份:
    2027
  • 资助金额:
    --
  • 项目类别:
    Studentship
CDT year 1 so TBC in Oct 2024
CDT 第 1 年,预计 2024 年 10 月
  • 批准号:
    2879865
  • 财政年份:
    2027
  • 资助金额:
    --
  • 项目类别:
    Studentship
Understanding the interplay between the gut microbiome, behavior and urbanisation in wild birds
了解野生鸟类肠道微生物组、行为和城市化之间的相互作用
  • 批准号:
    2876993
  • 财政年份:
    2027
  • 资助金额:
    --
  • 项目类别:
    Studentship

相似国自然基金

Data-driven Recommendation System Construction of an Online Medical Platform Based on the Fusion of Information
  • 批准号:
  • 批准年份:
    2024
  • 资助金额:
    万元
  • 项目类别:
    外国青年学者研究基金项目
Exploring the Intrinsic Mechanisms of CEO Turnover and Market Reaction: An Explanation Based on Information Asymmetry
  • 批准号:
    W2433169
  • 批准年份:
    2024
  • 资助金额:
    万元
  • 项目类别:
    外国学者研究基金项目
含Re、Ru先进镍基单晶高温合金中TCP相成核—生长机理的原位动态研究
  • 批准号:
    52301178
  • 批准年份:
    2023
  • 资助金额:
    30.00 万元
  • 项目类别:
    青年科学基金项目
NbZrTi基多主元合金中化学不均匀性对辐照行为的影响研究
  • 批准号:
    12305290
  • 批准年份:
    2023
  • 资助金额:
    30.00 万元
  • 项目类别:
    青年科学基金项目
眼表菌群影响糖尿病患者干眼发生的人群流行病学研究
  • 批准号:
    82371110
  • 批准年份:
    2023
  • 资助金额:
    49.00 万元
  • 项目类别:
    面上项目
镍基UNS N10003合金辐照位错环演化机制及其对力学性能的影响研究
  • 批准号:
    12375280
  • 批准年份:
    2023
  • 资助金额:
    53.00 万元
  • 项目类别:
    面上项目
CuAgSe基热电材料的结构特性与构效关系研究
  • 批准号:
    22375214
  • 批准年份:
    2023
  • 资助金额:
    50.00 万元
  • 项目类别:
    面上项目
基于大数据定量研究城市化对中国季节性流感传播的影响及其机理
  • 批准号:
    82003509
  • 批准年份:
    2020
  • 资助金额:
    24.0 万元
  • 项目类别:
    青年科学基金项目

相似海外基金

CAREER: Multi-isotopologue absorption spectroscopy for hydrogen-carrier and nitrogen-based low-carbon energy
职业:氢载体和氮基低碳能源的多同位素吸收光谱
  • 批准号:
    2339502
  • 财政年份:
    2024
  • 资助金额:
    --
  • 项目类别:
    Continuing Grant
Freshness-marker-based estimation of vegetable freshness by nondestructive Vis-NIR spectroscopy
基于新鲜度标记的无损可见-近红外光谱法评估蔬菜新鲜度
  • 批准号:
    24K09171
  • 财政年份:
    2024
  • 资助金额:
    --
  • 项目类别:
    Grant-in-Aid for Scientific Research (C)
Development of coherent Raman spectroscopy based on cavity-enhanced phase-matched nonlinear optics
基于腔增强相位匹配非线性光学的相干拉曼光谱研究进展
  • 批准号:
    23H01987
  • 财政年份:
    2023
  • 资助金额:
    --
  • 项目类别:
    Grant-in-Aid for Scientific Research (B)
Synchrotron Operando Spectroscopy for Electrochemical reduction of Single-Atom Alloy Ca talysts
单原子合金催化剂电化学还原的同步加速器操作光谱
  • 批准号:
    22KF0074
  • 财政年份:
    2023
  • 资助金额:
    --
  • 项目类别:
    Grant-in-Aid for JSPS Fellows
Perfluoroalkyl substances and non-alcoholic fatty liver disease in children: Leveraging magnetic resonance imaging to unravel potential mechanisms and exposure mixture effects
全氟烷基物质与儿童非酒精性脂肪肝:利用磁共振成像揭示潜在机制和暴露混合物效应
  • 批准号:
    10646759
  • 财政年份:
    2023
  • 资助金额:
    --
  • 项目类别:
Study on the characteristics of trace gases in the Venusian atmosphere using satellite solar occultation measurements and ground-based high-resolution spectroscopy
利用卫星掩星测量和地面高分辨率光谱研究金星大气中痕量气体的特征
  • 批准号:
    23K03480
  • 财政年份:
    2023
  • 资助金额:
    --
  • 项目类别:
    Grant-in-Aid for Scientific Research (C)
Machine Learning Based Differential Mobility Spectrometry Library Development
基于机器学习的差分迁移谱库开发
  • 批准号:
    10696533
  • 财政年份:
    2023
  • 资助金额:
    --
  • 项目类别:
Effects of in situ orientation on quantitative MR-based measures of cartilage endplate health
原位定向对基于 MR 的软骨终板健康定量测量的影响
  • 批准号:
    10607735
  • 财政年份:
    2023
  • 资助金额:
    --
  • 项目类别:
Plasma diagnostics by three-dimensional tomographic optical emission spectroscopy based on collisional-radiative model
基于碰撞辐射模型的三维断层发射光谱等离子体诊断
  • 批准号:
    23KJ0884
  • 财政年份:
    2023
  • 资助金额:
    --
  • 项目类别:
    Grant-in-Aid for JSPS Fellows
Model-based functional spectroscopy of brain metabolites associated with cognition
基于模型的与认知相关的大脑代谢物的功能光谱
  • 批准号:
    2883390
  • 财政年份:
    2023
  • 资助金额:
    --
  • 项目类别:
    Studentship
{{ showInfoDetail.title }}

作者:{{ showInfoDetail.author }}

知道了