211service.com
Ny optisk glukossensor
Miljontals diabetiker sticker fingret för en droppe blod några gånger om dagen för att kontrollera glukosnivåerna. Förutom att de är obekväma kan dessa test missa plötsliga sänkningar eller sprängningar i blodsockret. Frekventa avläsningar är lättare med sensorer som kan implanteras i en patients hud. Men de glukossensorer som finns tillgängliga idag kan orsaka infektioner efter några dagar, och de är skrymmande och dyra.
Forskare under ledning av Gerald Loeb , en biomedicinsk ingenjörsprofessor vid University of Southern California, arbetar nu med en glukossensordesign baserad på optisk teknologi. Designen lovar att göra känsliga, prisvärda och mindre invasiva sensorer.
Tekniken går ut på att mäta förändringen i fluorescerande emissioner som uppstår när glukos binder till vissa molekyler. Sensorn är en liten optisk fiber som kan implanteras i en patients hud. För att avläsa glukoskoncentrationer kommer en bärbar analysator att lysa ultraviolett ljus i den fria änden av fibern och mäta fluorescensen, säger Loeb.
Fäst vid änden av fibern inuti huden är en polyetylenglykol-polymermatris blandad med par av tätt bundna kemikalier, var och en märkt med en annan fluorescerande molekyl. Under ultraviolett ljus lyser de bundna molekylerna på en våglängd. När forskarna placerar matrisen i en glukoslösning slår glukosmolekyler ut och ersätter en av kemikalierna, dextran. Som ett resultat börjar det kemiska komplexet sända ut vid två olika våglängder. Förhållandet mellan fluorescensintensiteterna vid de två våglängderna är i proportion till glukoskoncentrationen.
Enligt Loeb ska sensorn vara billig och av engångstyp. I grund och botten är det en prick av polymeriserad goop på änden av en optisk fiber, säger han. Några centimeter långa optiska fibrer kommer att kosta slantar, och pricket av goop skulle vara ännu mindre.
Det kan också vara mer tillförlitligt än befintliga enheter, eftersom kemin inte förbrukar glukos. Kommersiellt tillgängliga implanterbara sensorer mäter spänningen som orsakas av en kemisk reaktion som förbrukar glukos. Om koncentrationen runt sensorn går ner och glukos från den omgivande vävnaden inte flödar in tillräckligt snabbt, kan man mäta ett värde som är lägre än den faktiska koncentrationen i kroppen, säger Loeb.
Under tiden, Gerard Cote , en biomedicinsk ingenjörsprofessor vid Texas A&M University som först utvecklade den kemiska mekanismen som Loebs optiska fibersensor använder, försöker göra en liknande glukossensor med en något annorlunda design. Cote och Michael Pishko, en kemiingenjör vid Penn State, utvecklar 20 mikrometer breda polyetylenglykolpärlor som kan implanteras precis under en persons hud, som en tatuering. En ljusemitterande diod på en analysator av armbandsurstyp skulle lysa på pärlorna och mäta fluorescensen. Pärlorna skulle vara helt implanterbara och huden skulle läka över det, säger Cote, så det finns inget som penetrerar huden och öppnar kroppen för infektion.
Nuvarande implanterade glukossensorer kräver att en elektrod förs in under huden; en metalltråd ansluter elektroden till en övervakningsenhet. Elektroden måste hållas på plats med en tejp. Sådana enheter kan dock snabbt orsaka infektioner och måste bytas ut var tredje dag, vilket kan bli dyrt. De ses som en främmande kropp, en splitter, och kroppen försöker avvisa dem, säger man George Wilson , en kemiprofessor involverad i biosensorforskning vid University of Kansas.
Loeb säger att det borde vara möjligt att lämna sin glukosavkännande fiber i mänsklig hud i några månader. Han har implanterat sin fiber i grisar i upp till tre månader utan att orsaka en inflammation.
Hittills har Loeb testat sitt fiberoptiska system i glukoslösningar och har funnit att det är känsligt för intervallet av glukoskoncentrationer som finns i människokroppen. Men systemets svar inuti levande djur kommer att vara avgörande för att låta forskarna veta om det fungerar. Det är en enorm skillnad mellan en sensor som fungerar i lösning och en sensor som fungerar i djur, säger Wilson.
När den optiska glukossensorn väl har testats på djur, skulle den behöva gå igenom kliniska prövningar, vilket kan ta fyra till fem år. Om allt går som planerat tror både Loeb och Cote att deras sensorer kan vara tillgängliga som produkter om fem till tio år.