Phát triển loại cảm biến đeo để theo dõi đường huyết

Được dẫn dắt bởi Huanyu "Larry" Cheng, Giáo sư Khoa Cơ học và Khoa học Kỹ thuật của ĐH Penn, các nhà nghiên cứu đã công bố chi tiết về cảm biến không xâm lấn, chi phí thấp có thể phát hiện glucose trong mồ hôi trong Cảm biến sinh học và Điện tử sinh học . Bài báo, có sẵn trên mạng, sẽ xuất bản trong ấn bản tháng 12 của tạp chí.

Các nhà nghiên cứu đã chế tạo thiết bị này trước tiên bằng graphene cảm ứng laser (LIG), một vật liệu bao gồm các lớp carbon dày nguyên tử với nhiều hình dạng khác nhau. Với độ dẫn điện cao và thời gian chế tạo thuận tiện chỉ trong vài giây, LIG ​​dường như là một khung lý tưởng cho thiết bị cảm biến - nhưng có một điều đáng lưu ý.

Cheng nói: “Thách thức ở đây là LIG không hề nhạy cảm với glucose. "Vì vậy, chúng tôi cần đặt một vật liệu nhạy cảm với glucose vào LIG."

Theo Cheng, nhóm nghiên cứu đã chọn niken vì tính nhạy cảm mạnh mẽ của nó với glucose, và kết hợp nó với vàng để giảm nguy cơ phản ứng dị ứng tiềm ẩn. Các nhà nghiên cứu đưa ra giả thuyết rằng LIG được trang bị hợp kim niken-vàng có thể phát hiện nồng độ glucose thấp trong mồ hôi trên bề mặt da.

Một vật liệu có độ nhạy với glucose cao là một ưu tiên. Mồ hôi thể hiện nồng độ glucose thấp đáng kể so với máu - nhưng theo Cheng, có mối tương quan chặt chẽ giữa lượng glucose trong mồ hôi và máu. Trong khi nồng độ glucose trong mồ hôi thấp hơn khoảng 100 lần so với nồng độ trong máu, thiết bị của nhóm nghiên cứu đủ nhạy để đo chính xác lượng glucose trong mồ hôi và phản ánh nồng độ trong máu.

Độ nhạy của hợp kim niken-vàng cho phép nhóm của Cheng loại trừ các enzym, thường được sử dụng để đo lượng glucose trong các thiết bị thương mại, xâm lấn hơn hoặc trong các màn hình không xâm lấn do các nhà nghiên cứu khác đề xuất. Tuy nhiên, các enzym này có thể phân hủy nhanh chóng theo thời gian và nhiệt độ thay đổi.

Cheng nói: “Một cảm biến enzym phải được giữ ở nhiệt độ và độ pH nhất định, và enzym không thể được lưu trữ trong thời gian dài. "Mặt khác, một cảm biến glucose không có enzyme có lợi thế về hiệu suất ổn định và độ nhạy glucose bất kể những thay đổi này."

Cảm biến không có enzym yêu cầu dung dịch kiềm, có thể làm hỏng da và thường hạn chế khả năng đeo của thiết bị. Để hạn chế vấn đề này, Cheng và nhóm của ông đã gắn một buồng vi lỏng vào hợp kim LIG. Buồng này nhỏ hơn so với các cấu hình đã phát triển trước đây để tăng tính bền và xốp để cho phép thực hiện một loạt các chuyển động, chẳng hạn như kéo căng hoặc nghiền nát. Nó được kết nối với một đầu vào của bộ sưu tập để đưa mồ hôi vào dung dịch mà không để dung dịch tiếp xúc với da. Dung dịch bazơ tương tác với các phân tử glucozơ để tạo ra hợp chất phản ứng với hợp kim. Phản ứng này kích hoạt một tín hiệu điện, cho biết nồng độ glucose trong mồ hôi.

Với một buồng chứa dung dịch kiềm nhỏ hơn, toàn bộ thiết bị có kích thước gần bằng một phần tư và đủ linh hoạt để duy trì sự gắn chặt an toàn vào cơ thể con người, Cheng nói.

Trong một thử nghiệm bằng chứng về khái niệm, các nhà nghiên cứu đã sử dụng chất kết dính an toàn cho da để gắn thiết bị có thể tái sử dụng vào cánh tay của một người một giờ và ba giờ sau bữa ăn. Đối tượng thực hiện một bài tập luyện ngắn - vừa đủ để tiết mồ hôi - ngay trước mỗi lần đo. Một vài phút sau khi thu thập mồ hôi, các nhà nghiên cứu nhận thấy rằng nồng độ glucose được phát hiện đã giảm từ lần đo đầu tiên sang lần đo tiếp theo. Các phép đo đường huyết từ thiết bị đã được xác minh bằng các phép đo được thực hiện bằng máy theo dõi đường huyết có bán trên thị trường.

Cheng và nhóm có kế hoạch cải tiến mẫu thử nghiệm của họ cho các ứng dụng trong tương lai, bao gồm giải quyết cách bệnh nhân hoặc bác sĩ lâm sàng có thể sử dụng cảm biến để đo đường huyết gia tăng hoặc theo dõi liên tục để xác định các hành động điều trị, chẳng hạn như sử dụng insulin. Họ cũng có ý định tinh chỉnh và mở rộng nền tảng này để theo dõi thoải mái hơn các dấu ấn sinh học khác có thể được tìm thấy trong mồ hôi hoặc dịch kẽ lấp đầy khoảng trống giữa các tế bào trong cơ thể.

"Chúng tôi muốn làm việc với các bác sĩ và các nhà cung cấp dịch vụ chăm sóc sức khỏe khác để xem chúng tôi có thể áp dụng công nghệ này như thế nào để theo dõi bệnh nhân hàng ngày", Cheng nói. "Cảm biến glucose này đóng vai trò là một ví dụ cơ bản cho thấy rằng chúng tôi có thể cải thiện khả năng phát hiện các dấu ấn sinh học trong mồ hôi ở nồng độ cực thấp.

Theo Science daily