Может ли неинвазивный фотоакустический анализ определять уровень глюкозы в крови у пациентов с сахарным диабетом, не прокалывая их кожу? Исследователи в Индии создают основу для будущих приборов, которые могли бы выполнять такие измерения.
Ученые разработали экспериментальную систему, которая использует фотоакустическое зондирование в ближнем инфракрасном диапазоне для корреляции оптического вращения с концентрациями глюкозы и других молекул в растворе на глубине нескольких миллиметров. Эта работа может привести не только к мониторингу уровня глюкозы без использования игл, но и к улучшению выявления некоторых видов рака.
Многие молекулы — как те, которые естественным образом встречаются в организме человека, так и те, которые входят в состав многих лекарственных препаратов, — обладают хиральностью: невозможностью наложения на свое зеркальное отражение. Две различные версии хиральных молекул, называемые энантиомерами, могут действовать по-разному; например, один энантиомер талидомида действует как седативное средство, в то время как другой вызывает серьезные врожденные дефекты.
Глюкоза, самая фундаментальная молекула сахара, также обладает хиральностью, которая изменяет поляризацию света, взаимодействующего с молекулой. Но коротковолновые поляриметрические методы не всегда работают с живыми тканями, поскольку эффекты рассеяния внутри ткани могут деполяризовать оптические сигналы.
При фотоакустическом зондировании лазерный луч слегка нагревает компоненты биологических тканей, вызывая термоупругое расширение и сжатие. Изменения температуры создают спектр ультразвуковых волн, который можно анализировать.
Свати Падманабхан (Swathi Padmanabhan) и Джая Пракаш (Jaya Prakash), два исследователя из Индийского института науки, назвали свой экспериментальный метод фотоакустическим оптическим датчиком вращения с усиленной поляризацией, или PAPEORS. В ходе экспериментов излучение Nd:YAG-лазера с длиной волны 1560 нм проходило через оптику с круговой поляризацией и раствор, перемешиваемый магнитным полем. Ультразвуковой преобразователь регистрировал фотоакустический сигнал временного ряда.
Сначала ученые исследовали глюкозу в различных концентрациях в растворах воды или бычьего сывороточного альбумина, а также в кусочках мяса куриной грудки толщиной 3 мм. Затем исследователи протестировали экспериментальную установку на пальце человека, как до, так и после того, как испытуемый принял пищу. Они сравнили фотоакустические результаты с результатами, полученными при использовании стандартного глюкометра, который основан на прокалывании пальца и каплях крови.
По словам исследователей, предел обнаружения PAPEORS составляет 80 мг/дл, и фотоакустические сигналы от пальца испытуемого усиливались после каждого приема пищи по мере повышения уровня глюкозы в крови. Настольный прибор нуждается в миниатюризации для практического использования, но ученые считают, что этот метод является перспективным для мониторинга уровня глюкозы в крови в будущем.
