Senzorul cu microac multitasking urmărește nivelurile de glucoză, alcool și lactat în timp real

Senzorii portabili care monitorizează biomarkerii din biofluid chiar sub suprafața pielii – fără fir, fără durere și în timp real – ar putea fi de mare beneficiu medical. Astfel de dispozitive ar putea măsura glucoza pentru gestionarea diabetului, de exemplu, susțin individualizarea dozării medicamentelor eliberate pe bază de rețetă și livrarea automată a medicamentelor sau chiar monitorizează nivelul de alcool din organism.

Cercetatorii de la Universitatea din California, San Diego au dezvoltat un senzor cu microac miniaturizat, complet integrat, care monitorizează continuu nivelurile de glucoză, lactat și alcool din lichidul interstițial (ISF, fluidul prezent între celule și țesuturi) la voluntari. Ei au validat datele dobândite cu microac față de măsurători paralele bazate pe laborator, folosind metode de referință standard

Înscriere în Natura Inginerie biomedicala, co-investigatori principali Patrick Mercier și Joseph Wang și colegii descriu succesul inițial al acestei tehnologii cu microneedle în monitorizarea cu acuratețe a nivelurilor fluctuante ale analiților unici, precum și a combinațiilor multiplexate (lactat-glucoză și alcool-glucoză), ca răspuns la stimulii asociați cu exercițiile fizice și consumul de alimente/alcool.

Tehnologia senzorului se bazează pe ace de dimensiuni micron care pătrund câteva sute de microni în piele. Dimensiunea mică a acestor senzori cu microace le permite să fie creați într-o varietate de factori de formă, cum ar fi plasturi epidermici și fixați fără durere pe multe locații diferite ale corpului.

Sistemul, conceput pentru funcționalitate, compactitate și funcționare cu putere redusă, constă dintr-un plasture cu senzor stratificat de dimensiunea unei monede, format din două componente principale: un senzor de unică folosință (matricea de microneedle) și electronice reutilizabile (alimentate de o baterie reîncărcabilă de 30 de zile) . Acest design menține costurile scăzute și permite înlocuirea ușoară a elementelor de unică folosință.

Vârfurile microacului străpung pielea pentru a ajunge la epidermă, unde adună continuu și selectiv semnale electrochimice la nivel molecular de la ISF-ul purtătorului. Semnalele sunt transmise prin interfața electronică a senzorului reutilizabil și cu zgomot redus și sunt transmise fără fir către aplicația personalizată pentru smartphone a purtătorului pentru vizualizare și analiză.

Rezultate promițătoare

Pentru studiu, cinci voluntari au efectuat un protocol de exerciții identic, au consumat o masă identică și au băut o cantitate egală de vin pentru a testa performanța senzorului pentru activitățile cu un singur eveniment. Activitățile cu mai multe evenimente au inclus efectuarea de exerciții de intensitate scăzută până la mare timp de 4 minute, consumul unei mese întregi, inclusiv un desert și consumul unui pahar de vin rapid și apoi treptat.

După exerciții de mare intensitate, nivelurile de lactat ISF monitorizate pentru fiecare participant la intervale de 5 minute au crescut rapid de la valoarea de repaus, apoi au scăzut treptat până la valoarea de bază inițială. Nivelurile de lactat ISF calibrate au urmărit îndeaproape măsurătorile de lactat din sânge efectuate la fiecare 10 minute.

Măsurătorile de glucoză de la senzorul cu microac au fost comparabile cu măsurătorile de referință ale glucozei din sânge, datele reflectând îndeaproape masa consumată. De notat, fiecare participant a avut un nivel unic de glucoză de bază în ceea ce privește ratele de absorbție a glucozei și glilcoliza. În mod interesant, testele au arătat că unul dintre participanți avea un risc crescut de a dezvolta diabet.

Senzorul cu microac a produs un răspuns instantaneu la consumul de alcool, care a fost comparabil cu datele obținute de la o unitate de etilotest. Cercetătorii raportează o mare variabilitate între participanți și recomandă ca cercetările viitoare să coreleze datele ISF cu nivelurile de alcool venoase, mai degrabă decât cele ale respirației.

Valoarea monitorizării continue

Mercier și Wang subliniază valoarea potențială enormă a acestui senzor. Datele despre lactat pot oferi o perspectivă asupra severității și duratei hiperlactatemiei, o concentrație crescută de lactat din sânge, la pacienții în stare critică. Nivelurile de lactat sunt, de asemenea, un marker de încredere al șocului septic, insuficienței de organ, traumei sau sindromului de răspuns inflamator acut. Într-un departament de urgență, detectarea continuă a lactatului poate ajuta la ghidarea terapiilor și a tratamentului de resuscitare timpurie. Astfel de date pot ajuta, de asemenea, sportivii să-și atingă performanța corporală maximă și să reducă riscul de accidentare.

Datele de glucoză pot fi utilizate pentru a monitoriza nivelurile de glucoză din plasmă la pacienții cu diabet zaharat, precum și pentru a detecta toleranța afectată la glucoză. Monitorizarea combinată a alcoolului și a glucozei poate ajuta pacienții diabetici să dezvolte hipoglicemie întârziată după consumul de alcool.

Monitorizarea lactatului în timpul efortului este, de asemenea, utilă persoanelor cu diabet. Deoarece activitatea fizică influențează capacitatea organismului de a regla glucoza, monitorizarea lactatului poate ajuta la individualizarea administrării insulinei. Între timp, monitorizarea lactat-glucozei poate oferi informații pre-diagnostic mai cuprinzătoare cu privire la riscul de sindrom metabolic.

În continuare, cercetătorii intenționează să optimizeze chimia de biodetecție a sistemului de senzori, să atenueze stabilitatea enzimelor și problemele de biofouling și să extindă uzura dincolo de câteva ore până la câteva zile sau chiar săptămâni. Ele urmăresc, de asemenea, să încorporeze algoritmi de calibrare avansați în electronică, să integreze alți senzori (cum ar fi senzorii termici) pentru a compensa orice fluctuații care ar putea afecta acuratețea semnalului și să extindă capacitatea de detectare multiplexată la analiți suplimentari. Echipa intenționează, de asemenea, să efectueze studii clinice cu populații mari pentru a compara în continuare datele ISF cu testele de laborator centralizate.

„Prin completarea decalajelor actuale dintre cercetare și comercializare, lucrările actuale reprezintă un salt înainte în domeniu și pot accelera apariția senzorilor portabili de monitorizare de la distanță centrați pe pacient de ultimă generație, oferind astfel o cale de transformare a asistenței medicale digitale așa cum o facem în prezent. știi asta”, concluzionează cercetătorii.

Mesaj Senzorul cu microac multitasking urmărește nivelurile de glucoză, alcool și lactat în timp real a apărut în primul rând pe Lumea fizicii.

• Coinsmart. Cel mai bun schimb de Bitcoin și Crypto din Europa.
• Platoblockchain. Web3 Metaverse Intelligence. Cunoștințe amplificate. ACCES LIBER.
• CryptoHawk. Radar Altcoin. Încercare gratuită.
• Sursa: https://physicsworld.com/a/multi-tasking-microneedle-sensor-tracks-glucose-alcohol-lactate-levels-in-real-time/