15 октября 2021 г
Неинвазивные устройства мониторинга глюкозы в настоящее время не имеются в продаже 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 Penn State, менее навязчивый мониторинг глюкозы может стать нормой.
Во главе с Хуанью «Ларри» Ченгом, профессором по развитию карьеры Дороти Куиггл на факультете инженерных наук и механики штата Пенсильвания, исследователи опубликовали подробности о неинвазивном недорогом датчике, который может обнаруживать глюкозу в поту в биосенсорах и биоэлектронике. Газета, доступная в Интернете, будет опубликована в декабрьском выпуске журнала.
Исследователи сначала сконструировали устройство с лазерным графеном (LIG), материалом, состоящим из атомо-толстых углеродных слоев различной формы. С высокой электропроводностью и удобным временем изготовления, равным всего в несколько секунд, LIG оказался идеальной основой для чувствительного устройства; но было значительное предостережение.
Проблема здесь в том, что LIG вообще не чувствителен к глюкозе. Итак, нам нужно было поместить чувствительный к глюкозе материал на LIG »
Хуанью «Ларри» Ченг, профессор развития карьеры Дороти Куиггл, факультет инженерных наук и механики, штат Пенсильвания
Команда выбрала никель из-за его высокой чувствительности к глюкозе, по словам Ченга, и объединила его с золотом, чтобы снизить потенциальный риск аллергической реакции. Исследователи предположили, что LIG, оснащенный никель-золотым сплавом, сможет обнаружить низкие концентрации глюкозы в поту на поверхности кожи.
Материал с высокой чувствительностью к глюкозе был приоритетом. Пот демонстрирует удивительно низкие концентрации глюкозы по сравнению с кровью; но, по словам Ченга, существует сильная корреляция между уровнем глюкозы в поту и крови. Хотя концентрация глюкозы в поту примерно в 100 раз ниже концентрации в крови, устройство команды достаточно чувствительно, чтобы точно измерить глюкозу в поту и отразить концентрацию в крови.
Чувствительность никелево-золотого сплава позволила команде Чэна исключить ферменты, которые часто используются для измерения глюкозы в более инвазивных, имеющихся в продаже устройствах или в неинвазивных мониторах, предложенных другими исследователями. Эти ферменты, однако, могут быстро разлагаться со временем и изменением температуры.
Связанные истории
- Решение проблемы мошенничества с медом в глобальных пищевых цепях
- EKF глобально запускает портативный анализатор STAT-Site® WB β-кетона и глюкозы
- Мигрень может стать ключом к новому лечению диабета
«Энзиматический датчик должен храниться при определенной температуре и pH, а фермент не может храниться в долгосрочной перспективе», — сказал Ченг. «Нензиматический датчик глюкозы, с другой стороны, выгоден с точки зрения стабильной производительности и чувствительности к глюкозе независимо от этих изменений.«
Неферментативные датчики требуют щелочного раствора, который может повредить кожу и обычно ограничивает носимость устройства. Чтобы обуздать эту проблему, Ченг и его команда прикрепили микрофлюидную камеру к сплаву LIG. Эта камера меньше, чем ранее разработанные конфигурации, чтобы способствовать износостойкости и пористой, чтобы обеспечить диапазон движений, таких как растяжение или дробление. Он подключен к входу для сбора, который пропускает пот в раствор, не позволяя раствору касаться кожи. Основной раствор взаимодействует с молекулами глюкозы, образуя соединение, которое реагирует с сплавом. Эта реакция запускает электрический сигнал, указывающий на концентрацию глюкозы в поту.
По словам Ченга, с меньшей камерой для щелочных растворов все устройство имеет размер примерно в четверть и достаточно гибкое, чтобы поддерживать надежную привязанность к человеческому телу.
В тесте на проверку концепции исследователи использовали защищенный от кожи клей, чтобы прикрепить устройство многократного использования к руке человека через час и три часа после еды. Субъект выполнил короткую тренировку -; достаточно, чтобы произвести пот -; прямо перед каждым временем измерения. Через несколько минут после сбора пота исследователи обнаружили, что обнаруженная концентрация глюкозы упала с первого измерения на другое. Измерения глюкозы из устройства были проверены измерениями, сделанными с помощью имеющегося в продаже монитора глюкозы.
Ченг и команда планируют усовершенствовать свой прототип для будущих применений, включая рассмотрение того, как пациенты или клиницисты могут использовать датчик для дополнительных измерений глюкозы или непрерывного мониторинга для определения действий лечения, таких как введение инсулина. Они также намерены усовершенствовать и расширить эту платформу для более удобного мониторинга других биомаркеров, которые можно найти в потовых или интерстициальных жидкостях, которые заполняют пространство между клетками в организме.
«Мы хотим работать с врачами и другими поставщиками медицинских услуг, чтобы узнать, как мы можем применять эту технологию для ежедневного мониторинга пациента», — сказал Ченг. «Этот датчик глюкозы служит основополагающим примером, чтобы показать, что мы можем улучшить обнаружение биомаркеров в поту при чрезвычайно низких концентрациях.«
Источник:
Пенн Стейт
Ссылка на журнал:
Zhu, J., et al. (2021) Лазерные неферментативные датчики глюкозы для графена для измерений на теле. Биосенсоры и биоэлектроника. doi.org/10.1016/j.bios.2021.113606.
