Многозадачный датчик с микроиглами отслеживает уровни глюкозы, алкоголя и лактата в режиме реального времени.

Носимые датчики, которые отслеживают биомаркеры в биожидкости прямо под кожей — без проводов, безболезненно и в режиме реального времени — могут иметь большое медицинское значение. Такие устройства могут измерять уровень глюкозы для лечения диабета, например, поддерживать индивидуальную дозировку рецептурных лекарств и автоматическую доставку лекарств или даже контролировать уровень алкоголя в организме.

Исследователи из Университета Калифорнии в Сан-Диего разработали миниатюрный, полностью интегрированный датчик с микроиглами, который непрерывно контролирует уровни глюкозы, лактата и алкоголя в интерстициальной жидкости (ISF, жидкости, присутствующей между клетками и тканями) у добровольцев. Они проверили данные, полученные с помощью микроигл, в сравнении с параллельными лабораторными измерениями с использованием стандартных эталонных методов.

Запись в Природа Биомедицинская инженерия, соисследователи Патрик Мерсье и Джозеф Ван и его коллеги описывают первоначальный успех этой технологии микроигл в точном мониторинге колебаний уровней отдельных аналитов, а также мультиплексных комбинаций (лактат-глюкоза и алкоголь-глюкоза) в ответ на стимулы, связанные с физическими упражнениями и потреблением пищи/алкоголя.

Сенсорная технология основана на иглах микронного размера, которые проникают в кожу на несколько сотен микрон. Небольшой размер таких датчиков-микроигл позволяет создавать их в различных форм-факторах, таких как эпидермальные пластыри, и безболезненно фиксировать их на различных участках тела.

Система, разработанная с учетом функциональности, компактности и низкого энергопотребления, состоит из многослойной сенсорной накладки размером с монету, состоящей из двух основных компонентов: одноразового датчика (массив микроигл) и многоразовой электроники (питание от 30-дневной перезаряжаемой батареи). . Эта конструкция снижает затраты и позволяет легко заменять одноразовые элементы.

Наконечники микроигл прокалывают кожу, чтобы достичь эпидермиса, где они непрерывно и выборочно собирают электрохимические сигналы на молекулярном уровне от ISF носителя. Сигналы передаются через многоразовый электронный интерфейс датчика с низким уровнем шума и передаются по беспроводной сети в специальное приложение для смартфона пользователя для визуализации и анализа.

Многообещающие результаты

В ходе исследования пять добровольцев выполнили идентичный протокол упражнений, съели одинаковую еду и выпили равное количество вина, чтобы проверить работу датчика для однократных действий. Многоэтапные мероприятия включали выполнение упражнений низкой и высокой интенсивности в течение 4 минут, прием всей пищи, включая десерт, и быстрое, а затем постепенное употребление бокала вина.

После высокоинтенсивных упражнений уровни лактата ISF, отслеживаемые у каждого участника с 5-минутными интервалами, быстро повышались по сравнению со значением в состоянии покоя, а затем постепенно снижались до исходного базового значения. Калиброванные уровни лактата ISF точно отслеживали измерения лактата в крови, проводимые каждые 10 минут.

Измерения уровня глюкозы с помощью датчика с микроиглами были сопоставимы с эталонными измерениями уровня глюкозы в крови, при этом данные точно отражали потребление пищи. Следует отметить, что у каждого участника был уникальный базовый уровень глюкозы с точки зрения скорости поглощения глюкозы и гликолиза. Интересно, что тесты показали, что один из участников подвергался повышенному риску развития диабета.

Датчик с микроиглами мгновенно реагировал на употребление алкоголя, что было сравнимо с данными, полученными с помощью алкотестера. Исследователи сообщают о большой вариабельности между участниками и рекомендуют, чтобы будущие исследования коррелировали данные ISF с венозным, а не дыхательным уровнем алкоголя.

Значение непрерывного мониторинга

Мерсье и Ван отмечают огромную потенциальную ценность этого датчика. Данные о лактате могут дать представление о тяжести и продолжительности гиперлактатемии, повышенной концентрации лактата в крови у пациентов в критическом состоянии. Уровень лактата также является надежным маркером септического шока, органной недостаточности, травмы или синдрома острой воспалительной реакции. В отделении неотложной помощи непрерывное определение уровня лактата может помочь в проведении ранней реанимационной терапии и лечения. Такие данные также могут помочь спортсменам достичь максимальной производительности тела и снизить риск травм.

Данные об глюкозе можно использовать для мониторинга уровня глюкозы в плазме у пациентов с диабетом, а также для выявления нарушений толерантности к глюкозе. Комбинированный мониторинг алкоголя и глюкозы может помочь пациентам с диабетом от развития отсроченной гипогликемии после приема алкоголя.

Мониторинг лактата во время физических упражнений также полезен для людей с диабетом. Поскольку физическая активность влияет на способность организма регулировать уровень глюкозы, мониторинг лактата может помочь индивидуализировать введение инсулина. В то же время мониторинг уровня лактата-глюкозы может предоставить более полную преддиагностическую информацию о риске метаболического синдрома.

Затем исследователи планируют оптимизировать химический состав сенсорной системы, чтобы уменьшить стабильность ферментов и проблемы биологического обрастания, а также продлить срок службы от нескольких часов до нескольких дней или даже недель. Они также стремятся внедрить передовые алгоритмы калибровки в электронику, интегрировать другие датчики (такие как термодатчики) для компенсации любых колебаний, которые могут повлиять на точность сигнала, и расширить возможности мультиплексного измерения для дополнительных аналитов. Команда также намерена провести клинические испытания на больших популяциях для дальнейшего сравнения данных ИСФ с централизованными лабораторными тестами.

«Заполняя существующие пробелы между исследованиями и коммерциализацией, текущая работа представляет собой скачок вперед в этой области и может ускорить появление носимых датчиков следующего поколения для дистанционного мониторинга, ориентированных на пациента, тем самым предлагая путь к преобразованию цифрового здравоохранения, как мы в настоящее время. знать это», — заключают исследователи.

сообщение Многозадачный датчик с микроиглами отслеживает уровни глюкозы, алкоголя и лактата в режиме реального времени. Появившийся сначала на Мир физики.

• Коинсмарт. Лучшая в Европе биржа биткойнов и криптовалют.
• Платоблокчейн. Интеллект метавселенной Web3. Расширение знаний. БЕСПЛАТНЫЙ ДОСТУП.
• КриптоХок. Альткоин Радар. Бесплатная пробная версия.
• Источник: https://physicsworld.com/a/multi-tasking-microneedle-sensor-tracks-glucose-alcohol-lactate-levels-in-real-time/