Patienter med diabetes måste testa sina blodsockernivåer flera gånger om dagen för att säkerställa att de inte blir för höga eller för låga. Studier har visat att mer än hälften av patienterna inte testar tillräckligt ofta, delvis på grund av smärtan och besväret med nålsticket.

Ett möjligt alternativ är Ramanspektroskopi, en icke-invasiv teknik som avslöjar den kemiska sammansättningen av vävnad, som hud, genom att lysa nära-infrarött ljus på den. MIT-forskare har nu tagit ett viktigt steg mot att göra denna teknik praktisk för patientanvändning:De har visat att de kan använda den för att direkt mäta glukoskoncentrationer genom huden. Tills nu, glukosnivåer måste beräknas indirekt, baserat på en jämförelse mellan Raman-signaler och en referensmätning av blodsockernivåer.

Medan det krävs mer arbete för att utveckla tekniken till en användarvänlig enhet, detta framsteg visar att en Raman-baserad sensor för kontinuerlig glukosövervakning kan vara möjlig, säger Peter så, en professor i biologisk och maskinteknik vid MIT.

"I dag, diabetes är en global epidemi, säger så, som är en av seniorförfattarna till studien och chef för MIT:s Laser Biomedical Research Center. "Om det fanns en bra metod för kontinuerlig glukosövervakning, man skulle kunna tänka sig att utveckla bättre hantering av sjukdomen."

Sung Hyun Nam vid Samsung Advanced Institute of Technology i Seoul är också en senior författare av studien, som visas idag i Vetenskapens framsteg . Jeon Woong Kang, en forskare vid MIT, och Yun Sang Park, en forskaranställd vid Samsung Advanced Institute of Technology, är huvudförfattarna till tidningen.

Ser genom huden

Ramanspektroskopi kan användas för att identifiera den kemiska sammansättningen av vävnad genom att analysera hur nära-infrarött ljus sprids, eller avböjt, eftersom den möter olika typer av molekyler.

MIT:s Laser Biomedical Research Center har arbetat med Raman-spektroskopi-baserade glukossensorer i mer än 20 år. Den nära-infraröda laserstrålen som används för Raman-spektroskopi kan bara penetrera några millimeter in i vävnad, så ett viktigt framsteg var att ta fram ett sätt att korrelera glukosmätningar från vätskan som badar hudceller, känd som interstitiell vätska, till blodsockernivåer.

Dock, ett annat viktigt hinder kvarstår:signalen som produceras av glukos tenderar att drunkna i de många andra vävnadskomponenterna som finns i huden.

"När du mäter signalen från vävnaden, de flesta av de starka signalerna kommer från fasta komponenter som proteiner, lipider, och kollagen. Glukos är en liten, liten mängd av den totala signalen. På grund av det, hittills kunde vi faktiskt inte se glukossignalen från den uppmätta signalen, " säger Kang.

För att komma runt det, MIT-teamet har utvecklat sätt att beräkna glukosnivåer indirekt genom att jämföra Raman-data från hudprover med glukoskoncentrationer i blodprover som tagits samtidigt. Dock, detta tillvägagångssätt kräver frekvent kalibrering, och förutsägelserna kan förkastas genom rörelse av motivet eller förändringar i miljöförhållanden.

För den nya studien, forskarna utvecklade ett nytt tillvägagångssätt som låter dem se glukossignalen direkt. Den nya aspekten av deras teknik är att de lyser nära-infrarött ljus på huden i ungefär en 60-graders vinkel, men samla in den resulterande Raman-signalen från en fiber vinkelrät mot huden. Detta resulterar i en starkare totalsignal eftersom Raman-glukossignalen kan samlas in medan oönskad reflekterad signal från hudytan filtreras bort.

Forskarna testade systemet på grisar och fann att efter 10 till 15 minuters kalibrering, de kunde få exakta glukosvärden i upp till en timme. De verifierade avläsningarna genom att jämföra dem med glukosmätningar från blodprover.

"Detta är första gången som vi direkt observerade glukossignalen från vävnaden på ett transdermalt sätt, utan att gå igenom en massa avancerad beräkning och signalextraktion, "Så säger.

Kontinuerlig övervakning

Ytterligare utveckling av tekniken behövs innan det Raman-baserade systemet kan användas för att övervaka personer med diabetes, säger forskarna. De planerar nu att arbeta med att krympa enheten, som är ungefär lika stor som en stationär skrivare, så att den kunde vara bärbar, i hopp om att testa en sådan apparat på diabetespatienter.

"Du kanske har en enhet hemma eller en enhet på kontoret som du kan sätta fingret på då och då, eller så kanske du har en sond som du håller mot huden, "Så säger det. "Det är vad vi tänker på på kortare sikt."

I längden, de hoppas kunna skapa en bärbar monitor som kan erbjuda kontinuerliga glukosmätningar.

Den här historien återpubliceras med tillstånd av MIT News (web.mit.edu/newsoffice/), en populär webbplats som täcker nyheter om MIT-forskning, innovation och undervisning.