Точное и своевременное измерение уровня глюкозы в крови является необходимой частью медицинской диагностики. В частности, недостаток инсулина и избыток сахара в крови являются двумя основными причинами диабета, и обе они могут быть выявлены при исследовании уровня глюкозы. На нынешний момент, основываясь на оптоволоконных технологиях и микрогидродинамике, исследователи вывели недорогое и крайне чувствительное устройство, представляющее собой некую «микролабораторию», которая имеет возможность определять уровень глюкозы по всего лишь одной капле пота.

Об оригинальной технологии — под катом.


Команда из Гонконгского Политехнического Университета и Чжэцзянского университета разрабатывает устройство для ранней диагностики и предотвращения диабета.

Используемая технология относится к новой сфере, называемой «оптогидродинамика», сочетающей в себе фотонное восприятие (использование свойств света для выявления присутствия тех или иных химических веществ) и микрогидродинамику (изучение поведения течения малых объемов жидкости по микроканалам).
Уникальность нового устройства в том, что, согласно статье в Biomedical Optics Express, оно использует оптоволокно для обнаружения глюкозы. Внедрение сенсора такого типа в микрогидродинамический чип делает устройство не только крайне чувствительным, но также и удобным для повседневного ношения, а главное — недорогим.

А. Пин Чжан (A. Ping Zhang), партнёр-профессор отдела электротехники Гонконгского Политехнического Университета, говорит о фотонном подходе как об одной из наиболее многообещающих технологий ультраточного восприятия.
При сочетании фотоники с платформами малого размера (микрогидродинамическими чипами) мы получаем компактную аналитическую микролабораторию, оперативно предоставляющую точные данные.
Другие исследователи предпринимали попытки внедрения электрохимических сенсоров, выявляющих присутствие глюкозы, в микрогидродинамические каналы, с целью получения компактных и недорогих чипов, но столкнулись с такими проблемами, как электромагнитная интерференция в электрохимических сенсорах. Именно поэтому команда выбрала оптоволокно, не подверженное подобному воздействию.

Оптоволоконный биосенсор выявляет даже крайне низкие количества глюкозы в растворе.


В своей статье Чжан с коллегами описывают методику, по которой они совместили оптоволоконный биосенсор с микрогидродинамическим чипом для создания оптогидродинамического устройства для ультраточного определения уровня глюкозы, не подверженного электромагнитной интерференции. Созданный ими оптический сенсор крайне чувствителен к изменениям показателя преломления среды, окружающей его. Для превращения этого устройства в сенсор глюкозы, ученые использовали пленку из глюкозооксидазы в качестве материала-детектора; выбор этого материала был обусловлен его реакцией на глюкозу в растворе.

Для поддержания воспринимающего слоя и для повышения качества и стабильности сигнала, командой были нанесены также слой полиэтиленимина (PEI) и слой полиакриловой кислоты (PAA) непосредственно на сенсор. Чжан поясняет, что двухслойная пленка PEI/PAA "контролирует окисление глюкозы на катализаторе из глюкозооксидазы и реагирует на это окисление, разбухая или сжимаясь".

Чжан рассказывает, что после проведения серии тестов команда пришла к выводу, что "оптоволоконный сенсор очень чувствителен сам по себе, и может обнаружить крайне малые концентрации глюкозооксидазы, порядка 1нмоль (молярность 10 в минус девятой степени)", но после того, как они внедрили его в микрогидродинамический чип, производительность сенсора "заметно возросла".
Расширение пределов измерений было не единственным улучшением в работе сенсора: значительно уменьшилось и время замера, по словам исследователей, "оно сократилось с 6 минут до 70 секунд".

Устройство обнаруживает глюкозу в растворе — поэтому оно может быть использовано для измерения уровня глюкозы из малейшей капли пота.

"Этот факт делает данную технологию идеально подходящей для ранней диагностики диабета с помощью измерения уровня глюкозы в поте." — проф. А Пин Чжан

В дальнейшем команда рассчитывает разработать целый ряд многофункциональных устройств-«микролабораторий» для использования в исследованиях и разработках в различных сферах, от биомедицинской диагностики до мониторинга окружающей среды, а также в разработке лекарств.