I årtionden har personer med diabetes förlitat sig på fingerstick för att dra ut blod eller självhäftande mikronålar för att mäta och hantera sina glukosnivåer. Förutom att de är smärtsamma kan dessa metoder orsaka klåda, inflammation och infektion.
Forskare vid TMOS, Australian Research Council Centre of Excellence for Transformative Meta-Optical Systems, har tagit ett viktigt steg mot att eliminera detta obehag. Deras RMIT University-team har upptäckt nya aspekter av glukoss infraröda signatur och har använt denna information för att utveckla en miniatyriserad optisk sensor som endast är 5 mm i diameter som en dag skulle kunna användas för att tillhandahålla kontinuerlig icke-invasiv glukosövervakning vid diabeteshantering.
Icke-invasiv glukosavkänning har varit ett mål i nästan 30 år på grund av dess implikationer för smärtfri övervakning. Optiska glukosavkänningstekniker har rapporterats; de kräver dock komplex optisk instrumentering som vanligtvis finns i laboratorier, vilket gör dem olämpliga för vanlig patientanvändning.
Den primära utmaningen för prisvärda, bärbara optiska glukostester har varit miniatyrisering och filtrering av glukossignalerna från vattenabsorptionstoppar i det nära infraröda (NIR) spektrumet. I huvudsak har det varit nästan omöjligt att exakt skilja mellan vatten och glukos i blodet. Tills nu.
I en första forskning i sitt slag publicerad i Advanced Sensor Research , har teamet identifierat fyra infraröda toppar i glukos som möjliggör selektiv och känslig identifiering i vattenhaltiga och biologiska miljöer. Teamet är angelägna om att samarbeta med akademiska partners och industripartner för att fortsätta detta arbete och bedriva preklinisk och klinisk forskning, vilket skulle öppna dörren till utvecklingen av bärbara optiska glukossensorer.
Teamet har tillverkat en miniatyriserad glukossensor som är etablerad på ett 1 600–1 700 nm vågband som är Bluetooth-aktiverat och fungerar med ett myntbatteri, vilket möjliggör kontinuerlig glukosövervakning. Denna kompakta sensor har visat sin livsduglighet för att detektera glukosnivåer i människokroppen från 50 till 400 mg/dL i blodplasma, med en jämförbar gräns för detektion och känslighet för större, laboratoriebaserade sensorer. Dess små dimensioner kan se att den en dag integreras i smarta klockor och andra smärtfria bärbara hälsospårare.
Huvudförfattare, RMIT Ph.D. forskaren Mingjie Yang, säger "Tills nu finns det ingen konsensus om den unika spektroskopiska signaturen av glukos, till stor del på grund av att O-H-bindningarna som är inriktade på nära-infraröd (NIR) spektroskopi för glukosdetektering också finns rikligt i vatten. Denna likhet gör det utmanande att skilja mellan glukos- och vattensignaler, särskilt i komplexa biologiska vätskor och vävnader.
"Vi optimerade spektroskopinställning och analyserade transmittans för att identifiera toppar som är unika för glukos. Vår upptäckt ger äntligen den information som krävs för att gå vidare med miniatyriserad optisk glukosavkänning och vi har utvecklat en enhetsprototyp för att föreslå grunden för en futuristisk icke-invasiv glukossensor."
Enhetsprototypen använder en ytmonterad anordnings lysdiod (SMD LED) och kretsar gjorda av tunnfilmskopparbelagd polymid (Cu/PI) endast 110 mikron tjock utvecklad med lasermönsterteknik. Den här enhetens millimeterskaliga och lätta design gör den betydligt mer kompakt än traditionella bänkspektrofotometrar. Dessutom erbjuder den flexibla lappliknande designen möjligheten att läsa direkt som en bärbar enhet på mänsklig hud.
Anordningens prestanda har noggrant utvärderats med användning av vattenhaltiga glukoslösningar såväl som i blodplasma. Beräkningsanalys av ljus-hudinterferens har utförts som indikerar hur SMD LED kommer att penetrera huden. Simuleringsresultat tyder på de lovande platserna för framtida utforskning av optisk glukosavkänning i kliniska uppställningar.
TMOS chefsutredare Madhu Bhaskaran säger:"Den icke-invasiva karaktären hos optiska glukossensorer har potential att förbättra patientens följsamhet, minska obehag och minska riskerna för infektioner i samband med invasiv glukosövervakning. Med rätt samarbetspartners/partners och rätt finansiering , kan detta representera en viktig förändring mot kontinuerlig och smärtfri glukosavkänning."
Bärbara sensorer, som den här som utvecklats av TMOS-forskare vid RMIT, är en del av Centers Meta Health Sensors Flagship Program – ett tillämpat forskningsprogram dedikerat till utvecklingen av meta-optiska sensorer för MedTech-tillämpningar.
RMIT University har lämnat in en patentansökan relaterad till den optiska glukossensorteknologin som teamet utvecklat.
Mer information: Mingjie Yang et al, Miniatyrized Optical Glucose Sensor Using 1600–1700 nm Near-Infrared Light, Advanced Sensor Research (2024). DOI:10.1002/adsr.202300160
Tillhandahålls av ARC Center of Excellence for Transformative Meta-Optical Systems
