Новое носимое и неинвазивное устройство для мониторинга глюкозы
Устройства для неинвазивного мониторинга глюкозы в настоящее время коммерчески недоступны в Соединенных Штатах, поэтому люди с диабетом должны собирать образцы крови или использовать датчики, встроенные под кожу, для измерения уровня сахара в крови. Теперь, с новым носимым устройством, созданным исследователями из Пенсильвании, менее навязчивый мониторинг глюкозы может стать нормой.
Под руководством Хуанью «Ларри» Ченга, профессора по развитию карьеры Дороти Квиггл из Департамента инженерных наук и механики штата Пенсильвания, исследователи опубликовали подробные сведения о неинвазивном недорогом сенсоре, который может определять глюкозу в поту в Biosensors and Bioelectronic.
Сначала исследователи сконструировали устройство с использованием лазерно-индуцированного графена (LIG), материала, состоящего из углеродных слоев различной формы толщиной в атом. Благодаря высокой электропроводности и удобному времени изготовления, составляющему всего несколько секунд, LIG оказался идеальной основой для сенсорного устройства; но был существенный нюанс.По словам Ченга, команда выбрала никель из-за его высокой чувствительности к глюкозе и объединила его с золотом, чтобы снизить потенциальный риск аллергической реакции. Исследователи предположили, что LIG, оснащенный сплавом никель-золото, сможет обнаруживать низкие концентрации глюкозы в поте на поверхности кожи.
Материал с высокой чувствительностью к глюкозе был приоритетным. В поту наблюдается удивительно низкая концентрация глюкозы по сравнению с кровью -; но, по словам Ченга, существует сильная корреляция между уровнями глюкозы в поте и крови. Хотя концентрация глюкозы в поту примерно в 100 раз меньше, чем концентрация в крови, устройство команды достаточно чувствительно, чтобы точно измерить глюкозу в поту и отразить концентрацию в крови.
Чувствительность сплава никель-золото позволила команде Ченга исключить ферменты, которые часто используются для измерения глюкозы в более инвазивных, коммерчески доступных устройствах или в неинвазивных мониторах, предложенных другими исследователями. Однако эти ферменты могут быстро разрушаться со временем и при изменении температуры.«Ферментативный сенсор должен храниться при определенной температуре и pH, а фермент не может храниться в течение длительного времени», — сказал Ченг. «С другой стороны, неферментативный датчик глюкозы имеет преимущество с точки зрения стабильной работы и чувствительности к глюкозе независимо от этих изменений».
Для неферментативных сенсоров требуется щелочной раствор, который может повредить кожу и обычно ограничивает возможность ношения устройства. Чтобы решить эту проблему, Ченг и его команда прикрепили микрожидкостную камеру к сплаву LIG. Эта камера меньше, чем ранее разработанные конфигурации, чтобы обеспечить удобство ношения и пористая, чтобы обеспечить диапазон движений, таких как растяжение или раздавливание. Он подсоединен к входному патрубку, через который в раствор проходит пот, не позволяя раствору касаться кожи. Основной раствор взаимодействует с молекулами глюкозы с образованием соединения, которое вступает в реакцию со сплавом. Эта реакция запускает электрический сигнал, указывающий на концентрацию глюкозы в поте.
По словам Ченга, с меньшей камерой для щелочного раствора все устройство имеет размер примерно четверть и достаточно гибкое, чтобы поддерживать надежное прикрепление к человеческому телу.
В ходе проверки концепции исследователи использовали безопасный для кожи клей, чтобы прикрепить устройство многоразового использования к руке человека через час и три часа после еды. Испытуемый выполнил короткую тренировку -; ровно столько, чтобы потеть -; непосредственно перед каждым измерением. Через несколько минут после сбора пота исследователи обнаружили, что обнаруженная концентрация глюкозы упала от первого измерения к следующему. Измерения глюкозы с помощью устройства были подтверждены измерениями, выполненными с помощью имеющегося в продаже монитора глюкозы.
Ченг и команда планируют улучшить свой прототип для будущих приложений, в том числе обсудить, как пациенты или врачи могут использовать датчик для дополнительных измерений глюкозы или постоянного мониторинга для определения лечебных действий, таких как введение инсулина. Они также намерены усовершенствовать и расширить эту платформу для более удобного мониторинга других биомаркеров, которые можно найти в поте или интерстициальных жидкостях, заполняющих пространство между клетками в организме.
«Мы хотим работать с врачами и другими поставщиками медицинских услуг, чтобы увидеть, как мы можем применить эту технологию для ежедневного наблюдения за пациентом», — сказал Ченг. «Этот датчик глюкозы служит основополагающим примером, демонстрирующим, что мы можем улучшить обнаружение биомаркеров в поту при чрезвычайно низких концентрациях».
Поделиться
Источник