Multi-tasking micronaaldsensor houdt glucose-, alcohol- en lactaatniveaus in realtime bij

Draagbare sensoren die biomarkers in biovloeistof net onder het huidoppervlak bewaken - draadloos, pijnloos en in realtime - kunnen van grote medische voordelen zijn. Dergelijke apparaten kunnen bijvoorbeeld glucose meten voor diabetesbeheer, de individualisering van de dosering van voorgeschreven medicijnen en automatische medicijntoediening ondersteunen, of zelfs het alcoholgehalte in het lichaam controleren.

Onderzoekers van de University of California San Diego hebben een geminiaturiseerde, volledig geïntegreerde micronaaldsensor ontwikkeld die continu het glucose-, lactaat- en alcoholgehalte in de interstitiële vloeistof (ISF, de vloeistof tussen cellen en weefsels) bij vrijwilligers bewaakt. Ze valideerden de door micronaalden verkregen gegevens tegen parallelle laboratoriummetingen met behulp van standaard referentiemethoden

Schrijven in Natuur Biomedische Technologie, co-hoofdonderzoekers Patrick Merciers en Jozef Wang en collega's beschrijven het aanvankelijke succes van deze micronaaldtechnologie bij het nauwkeurig monitoren van fluctuerende niveaus van enkelvoudige analyten, evenals multiplexcombinaties (lactaat-glucose en alcohol-glucose), als reactie op stimuli die verband houden met lichaamsbeweging en voedsel- / alcoholconsumptie.

De sensortechnologie is gebaseerd op naalden ter grootte van een micron die enkele honderden microns in de huid doordringen. Door het kleine formaat van dergelijke micronaaldsensoren kunnen ze worden gemaakt in verschillende vormfactoren, zoals epidermale pleisters, en pijnloos worden gefixeerd op veel verschillende locaties van het lichaam.

Het systeem, ontworpen voor functionaliteit, compactheid en een laag stroomverbruik, bestaat uit een gelaagde sensorpatch ter grootte van een muntstuk gemaakt van twee primaire componenten: een wegwerpsensor (de micronaaldreeks) en herbruikbare elektronica (aangedreven door een oplaadbare batterij van 30 dagen) . Dit ontwerp houdt de kosten laag en maakt een gemakkelijke vervanging van de wegwerpelementen mogelijk.

De micronaaldpunten doorboren de huid om de epidermis te bereiken, waar ze continu en selectief elektrochemische signalen op moleculair niveau verzamelen van de ISF van de drager. De signalen worden door de ruisarme, herbruikbare elektronica-interface van de sensor geleid en draadloos verzonden naar de aangepaste smartphone-app van de drager voor visualisatie en analyse.

Veelbelovende resultaten

Voor het onderzoek voerden vijf vrijwilligers een identiek trainingsprotocol uit, consumeerden ze een identieke maaltijd en dronken ze een gelijke hoeveelheid wijn om de prestaties van de sensor te testen voor activiteiten met één gebeurtenis. Multi-event-activiteiten omvatten het uitvoeren van 4 minuten lang lage tot hoge intensiteit, het nuttigen van een volledige maaltijd inclusief een dessert en het snel en geleidelijk drinken van een glas wijn.

Na intensieve training stegen de ISF-lactaatniveaus die voor elke deelnemer werden gecontroleerd met intervallen van 5 minuten snel van de rustwaarde en daalden vervolgens geleidelijk tot de oorspronkelijke basiswaarde. De gekalibreerde ISF-lactaatniveaus volgden nauwkeurig de bloedlactaatmetingen die elke 10 minuten werden genomen.

Glucosemetingen van de micronaaldsensor waren vergelijkbaar met bloedglucosereferentiemetingen, waarbij de gegevens de geconsumeerde maaltijd goed weerspiegelden. Merk op dat elke deelnemer een uniek basisglucoseniveau had in termen van de snelheid van glucoseopname en glycolyse. Interessant is dat uit de tests bleek dat een van de deelnemers een verhoogd risico had om diabetes te ontwikkelen.

De micronaaldsensor produceerde een onmiddellijke reactie op alcoholconsumptie, vergelijkbaar met gegevens verkregen van een ademanalyse-eenheid. De onderzoekers rapporteren een grote variabiliteit tussen deelnemers en bevelen aan dat toekomstig onderzoek de ISF-gegevens zou moeten correleren met veneuze, in plaats van adem, alcoholniveaus.

De waarde van continue monitoring

Mercier en Wang wijzen op de enorme potentiële waarde van deze sensor. Lactaatgegevens kunnen inzicht geven in de ernst en duur van hyperlactatemie, een verhoogde bloedlactaatconcentratie, bij ernstig zieke patiënten. Lactaatspiegels zijn ook een betrouwbare marker voor septische shock, orgaanfalen, trauma of acute inflammatoire responssyndroom. Op een afdeling spoedeisende hulp kan continue lactaatdetectie helpen bij vroege reanimatietherapieën en -behandeling. Dergelijke gegevens kunnen atleten ook helpen hun maximale lichaamsprestaties te bereiken en het risico op blessures te verminderen.

Glucosegegevens kunnen worden gebruikt om de plasmaglucosespiegels van diabetespatiënten te controleren en om een ​​gestoorde glucosetolerantie te detecteren. Gecombineerde controle van alcohol en glucose kan diabetespatiënten helpen bij het ontwikkelen van vertraagde hypoglykemie na alcoholinname.

Het monitoren van lactaat tijdens inspanning is ook nuttig voor mensen met diabetes. Aangezien fysieke activiteit het vermogen van het lichaam om glucose te reguleren beïnvloedt, kan lactaatcontrole helpen om de insulinetoediening te individualiseren. Lactaatglucosemonitoring kan ondertussen uitgebreidere pre-diagnostische informatie opleveren over het risico op het metabool syndroom.

Vervolgens zijn de onderzoekers van plan om de biosensing-chemie van het sensorsysteem te optimaliseren, om enzymstabiliteit en biofouling-problemen te verminderen en de slijtage van enkele uren tot meerdere dagen of zelfs weken te verlengen. Ze zijn ook bedoeld om geavanceerde kalibratie-algoritmen in de elektronica op te nemen, andere sensoren (zoals thermische sensoren) te integreren om te compenseren voor eventuele fluctuaties die de signaalnauwkeurigheid kunnen beïnvloeden, en de multiplex-detectiecapaciteit uitbreiden naar extra analyten. Het team is ook van plan klinische proeven uit te voeren met grote populaties om ISF-gegevens verder te vergelijken met gecentraliseerde laboratoriumtests.

“Door de huidige lacunes tussen onderzoek en commercialisering op te vullen, vormt het huidige werk een sprong voorwaarts in het veld en kan het de opkomst van de volgende generatie, patiëntgerichte draagbare sensoren voor monitoring op afstand versnellen, waardoor een pad wordt geboden om de digitale gezondheidszorg te transformeren zoals we momenteel weet het”, concluderen de onderzoekers.

De post Multi-tasking micronaaldsensor houdt glucose-, alcohol- en lactaatniveaus in realtime bij verscheen eerst op Natuurkunde wereld.

• Coinsmart. Europa's beste Bitcoin- en crypto-uitwisseling.
• Platoblockchain. Web3 Metaverse Intelligentie. Kennis versterkt. GRATIS TOEGANG.
• CryptoHawk. Altcoin-radar. Gratis proefversie.
• Bron: https://physicsworld.com/a/multi-tasking-microneedle-sensor-tracks-glucose-alcohol-lactate-levels-in-real-time/