Nowy optyczny czujnik glukozy

Miliony diabetyków kilka razy dziennie nakłuwają palec w poszukiwaniu kropli krwi, aby sprawdzić poziom glukozy. Poza tym, że testy te są niewygodne, mogą przegapić nagłe spadki lub skoki cukru we krwi. Częste odczyty są łatwiejsze dzięki czujnikom, które można wszczepić w skórę pacjenta. Jednak dostępne obecnie czujniki glukozy mogą powodować infekcje już po kilku dniach, a ponadto są nieporęczne i drogie.

Badacze kierowani przez Gerald Loeb , profesor inżynierii biomedycznej na Uniwersytecie Południowej Kalifornii, pracują obecnie nad projektem czujnika glukozy w oparciu o technologię optyczną. Projekt daje nadzieję na stworzenie czułych, niedrogich i mniej inwazyjnych czujników.

Technika ta polega na pomiarze zmiany emisji fluorescencyjnej, która występuje, gdy glukoza wiąże się z pewnymi cząsteczkami. Czujnik to maleńki włókno światłowodowe, które można wszczepić w skórę pacjenta. Aby odczytać stężenie glukozy, przenośny analizator będzie kierował światło ultrafioletowe na wolny koniec włókna i zmierzy fluorescencję, mówi Loeb.

Do końca włókna wewnątrz skóry przymocowana jest matryca polimeru polietylenowo-glikolowego przeplatana parami ściśle związanych chemikaliów, z których każda jest oznaczona inną cząsteczką fluorescencyjną. W świetle ultrafioletowym związane cząsteczki świecą na jednej długości fali. Kiedy naukowcy umieszczają matrycę w roztworze glukozy, cząsteczki glukozy wybijają i zastępują jedną z substancji chemicznych, dekstran. W rezultacie kompleks chemiczny zaczyna emitować na dwóch różnych długościach fal. Stosunek intensywności fluorescencji przy dwóch długościach fal jest proporcjonalny do stężenia glukozy.

Według Loeba czujnik powinien być tani i jednorazowy. Mówi, że zasadniczo jest to kropka spolimeryzowanej masy na końcu światłowodu. Kilkucentymetrowy światłowód będzie kosztował grosze, a kropka gnoju byłaby jeszcze mniejsza.

Może być również bardziej niezawodny niż istniejące urządzenia, ponieważ chemia nie zużywa glukozy. Dostępne na rynku wszczepiane czujniki mierzą napięcie wywołane reakcją chemiczną zużywającą glukozę. Jeśli stężenie wokół czujnika spada, a glukoza z otaczającej tkanki nie napływa wystarczająco szybko, można zmierzyć wartość niższą niż rzeczywiste stężenie w organizmie – mówi Loeb.

W międzyczasie, Gerard Cote , profesor inżynierii biomedycznej z Texas A&M University, który jako pierwszy opracował mechanizm chemiczny, który wykorzystuje optyczny czujnik światłowodowy Loeba, próbuje stworzyć podobny czujnik glukozy przy użyciu nieco innej konstrukcji. Cote i Michael Pishko, inżynier chemik z Penn State, opracowują kulki z glikolu polietylenowego o szerokości 20 mikrometrów, które można by wszczepić tuż pod skórę, jak tatuaż. Dioda emitująca światło w analizatorze typu zegarka oświetlałaby kulki i mierzyła fluorescencję. Perełki byłyby całkowicie wszczepialne, a skóra zagoiłaby się nad nimi, mówi Cote, więc nic nie przenika przez skórę i nie otwiera organizmu na infekcje.

Obecnie wszczepiane czujniki glukozy wymagają wprowadzenia elektrody pod skórę; metalowy drut łączy elektrodę z urządzeniem monitorującym. Elektrodę należy przymocować taśmą samoprzylepną. Jednak takie urządzenia mogą szybko spowodować infekcję i muszą być wymieniane co trzy dni, co może być drogie. Są postrzegane jako ciało obce, drzazga, a ciało próbuje je odrzucić, mówi George Wilson , profesor chemii zajmujący się badaniami nad biosensorami na Uniwersytecie Kansas.

Loeb mówi, że powinno być możliwe pozostawienie błonnika wykrywającego glukozę w ludzkiej skórze na kilka miesięcy. Wszczepiał swoje włókno świniom do trzech miesięcy bez powodowania zapalenia.

Do tej pory Loeb przetestował swój system światłowodowy w roztworach glukozy i stwierdził, że jest on wrażliwy na zakres stężeń glukozy, które występują w ludzkim ciele. Ale reakcja systemu w żywych zwierzętach będzie kluczowa dla poinformowania naukowców, czy to działa. Wilson mówi, że istnieje ogromna różnica między czujnikiem działającym w roztworze a czujnikiem działającym na zwierzętach.

Gdy optyczny czujnik glukozy zostanie przetestowany na zwierzętach, będzie musiał przejść badania kliniczne, które mogą zająć od czterech do pięciu lat. Jeśli wszystko pójdzie zgodnie z planem, zarówno Loeb, jak i Cote wierzą, że ich czujniki mogą być dostępne jako produkty za pięć do dziesięciu lat.

ukryć