Мониторинг уровня глюкозы имеет решающее значение для лечения хронических заболеваний, таких как диабет, которым страдают миллионы людей по всему миру. Традиционно измерение уровня глюкозы оказалось инвазивным, требующим многократных проб крови и уколов пальцев.
Мониторинг уровня глюкозы в крови может помочь выявить изменения в изменении уровня глюкозы (сахара), вызванные диетой, физической активностью, лекарственными препаратами и патологическими процессами, такими как сахарный диабет.
Мониторинг уровня глюкозы требует инвазивных процедур, таких как уколы пальцев для сбора образцов крови для анализа.
Наносенсоры обеспечивают высокоточный и неинвазивный метод определения уровня глюкозы в организме. Они часто обнаруживают изменения оптических, химических или электрических свойств в ответ на изменения концентрации глюкозы.
Наносенсоры могут с высокой точностью и быстротой определять уровень глюкозы в физиологических жидкостях, таких как слезы, слюна и интерстициальная жидкость, что делает их пригодными для мониторинга уровня глюкозы и устраняет необходимость в регулярных взятиях крови.
Традиционный мониторинг уровня глюкозы в крови включает прокалывание кончиков пальцев, при котором люди должны стараться поддерживать уровень глюкозы в пределах 4,4 и 6,7 ммоль/л.
Обычно для этого используются глюкометры или биосенсоры. Однако при такой стратегии можно пренебречь колебаниями уровня гипергликемии между точками отбора проб, а также снизить прогностическую способность.
Анализы крови путем прокалывания пальца иногда могут давать неверные результаты из-за неправильного анализа крови, а также могут вызывать инфекции из-за инвазивного характера процедур. В результате постоянный мониторинг уровня глюкозы необходим для выявления, лечения и контроля заболеваний.
Внедрение наносенсоров для мониторинга уровня глюкозы дает ряд преимуществ по сравнению с традиционными подходами. Они обеспечивают возможность анализа уровня глюкозы с помощью биологических жидкостей, таких как кожа и пот, что позволяет осуществлять непрерывный мониторинг в режиме реального времени с помощью минимально инвазивного или неинвазивного подхода.
Наносенсоры могут обеспечить точные результаты определения уровня глюкозы. Глюкозооксидазный тест используется большинством наносенсоров глюкозы для электрического или химического измерения уровня глюкозы в крови.
Эти датчики также улучшают соотношение поверхности к объему и обладают более широкими возможностями обнаружения, включая высокую чувствительность и точность. Для определения уровня глюкозы им также требуется меньшее количество пробы.
Исследователи обнаружили несколько методов создания наносенсоров глюкозы, которые могут точно обнаруживать и быстро контролировать уровень глюкозы с помощью различных датчиков, таких как частота, хемилюминесценция, оптическая флуоресценция и электрические сигналы.
Области применения наносенсоров в мониторинге уровня глюкозы разнообразны и имеют далеко идущие последствия.
Исследователи разработали флуоресцентные наносенсоры ближнего инфракрасного диапазона, использующие одностенные углеродные нанотрубки (ОУНТ), модифицированные глюкозооксидазой (GOx), для неинвазивного и непрерывного мониторинга уровня глюкозы.
Они успешно создали наносенсоры GOx-SWCNT, используя простой подход к обработке ультразвуком, и были удивлены, обнаружив, что этот метод не ухудшает способность GOx обнаруживать глюкозу.
Примечательно, что они сообщили, что модуляция флуоресценции этих наносенсоров регулируется связыванием глюкозы с GOx, а не каталитическим окислением.
Основываясь на этом отличном механизме реагирования, исследователи создали каталитически инертные датчики apo-GOx-SWCNT.
Эти датчики обладают высокой чувствительностью и обратимостью при визуализации глюкозы, обеспечивая значительное изменение флуоресценции (ΔF/F0) до 40% всего за одну секунду воздействия без использования анализируемого вещества.
Исследователи доказали потенциальное биомедицинское применение датчиков apo-GOx-SWCNT путем эффективного измерения уровня глюкозы в плазме крови человека и визуализации глюкозы в срезах мозга мыши.
Эти результаты подчеркивают огромный потенциал технологии для революционного мониторинга уровня глюкозы в различных клинических и исследовательских условиях.
Датчики на основе наноматериалов, такие как полевые транзисторы (FET), могут распознавать глюкозу по изменению рН или заряда. Эти устройства оценивают характеристики наноматериалов под влиянием зарядов вблизи поверхности датчика или рН растворителя.
Глюконат-ион образуется, когда глюкозооксидаза (GOx) расщепляет глюкозу, снижая рН раствора и генерируя отрицательные заряды.
Рисведен и его коллеги использовали регионально-селективный ионно-чувствительный полевой транзистор (RISFET) для мониторинга выработки глюконата и количественного определения концентрации глюкозы.
RISFET концентрирует глюконат между чувствительными электродами, увеличивая ток пропорционально концентрации глюкозы.
Послойное построение углеродных нанотрубок (УНТ) с использованием GOx позволяет отслеживать изменения рН, вызванные распадом глюкозы, измеряемые изменениями электропроводности в слое УНТ.
Носимые технологии, такие как браслеты или повязки на голову, которые обеспечивают неинвазивный мониторинг, могут значительно улучшить мониторинг уровня глюкозы.
Исследователи создали тонкий, гибкий, водонепроницаемый пленочный датчик, позволяющий обнаруживать и контролировать концентрацию глюкозы в поте с помощью устройства, устанавливаемого на запястье.
Датчик обнаруживает глюкозу с помощью наночастиц золота (Au), легированных графеном, и фторполимерного пластыря Nafion, генерируя высокочувствительный электрохимический сигнал.
Кроме того, этот пластырь может выполнять две функции: определять уровень глюкозы в образцах пота и обеспечивать точную подачу инсулина для контроля диабета с помощью сенсорного кожного пластыря.
Исследователи предложили подкожно имплантируемый датчик на основе электромагнитного излучения для мониторинга малейших изменений уровня глюкозы в крови. Валидация с использованием внутривенного теста на толерантность к глюкозе (IVGTT) на свиньях и гончих показала потенциал.
Они создали мобильные приложения, интерфейсные модули и алгоритмы, позволяющие проводить непрерывные измерения во время пероральных тестов на толерантность к глюкозе (OGTT) у свободно перемещающихся гончих. Как краткосрочные, так и долгосрочные эксперименты на различных видах животных выявили сильную связь между частотой датчика и уровнем глюкозы.
Будущие тенденции в наносенсорных технологиях для мониторинга уровня глюкозы
Область применения наносенсорных технологий быстро развивается, благодаря постоянным инициативам в области исследований и разработок, направленным на мониторинг уровня глюкозы.
За последнее десятилетие искусственный интеллект появился в попытке повысить эффективность датчиков уровня глюкозы. Комбинация наносенсоров и алгоритмов искусственного интеллекта (ИИ) обладает огромным потенциалом для улучшения анализа и интерпретации данных о глюкозе, позволяя получать индивидуальные рекомендации по лечению и прогностическое моделирование для прогнозирования изменений уровня глюкозы и предотвращения проблем.
