Електронен сензор определя нивото на кръвна захар чрез потта

Акценти

Екип от Института по физика на полупроводниците „А. В. Ржанов“ към Сибирския клон на Руската академия на науките, Новосибирск, Русия, създават лабораторен образец на глюкомер за диабетици, който измерва нивата на кръвна захар в тялото чрез потта. Устройството ще бъде от полза не само за хората с диабет, но и за онези, за които е важно да контролират нивото на кръвна захар в организма си, като например, спортисти и хора, които са на специална диета.

Глюкомерът

Чувствителният елемент на сензора, който е с размери няколко квадратни милиметра, е отпечатан върху обикновена офисна хартия. Необичайното е мастилото, което учените използват, тъй като е тяхна авторска разработка. Благодарение на него върху хартията се отлагат слоеве, които са с дебелина няколко нанометра и са изградени от графен и проводимия полимер PEDOT:PSS. Когато подобен композит се нанесе върху хартия, в слоя се образуват вертикално разположени графенови частици, които действат като катализатори за окисляването на глюкозата, а нивото на сензорния сигнал (неговата проводимост) зависи от количеството продукти, които се окисляват.

Сензорът може да бъде поставен на китката, но и на всяко друго място, удобно за човека, който иска да следи нивата на кръвна захар.

>>>Отчитат сериозен ръст в броя на малките деца с диабет тип 1 в Швеция

Като оптимални материали за отпечатването на гъвкав сензорен слой учените избират офис хартия и нетъкан текстил. Преди това тестват различни видове хартия и тъкани от коприна до памук.

Сензорът е резистентен тип. Електрическото му съпротивление се променя, когато молекулите на глюкозата ударят чувствителния елемент. В резултат на взаимодействието с потта проводимостта на сензора се увеличава. Всичко това може да бъде записано като се приложи напрежение и измерване на електрически ток.

Проводимостта на сензора е пропорционална на съдържанието на глюкоза в кръвта. В този случай, поясняват учените, чувствителността е важна, защото от нея зависят абсолютната величина на сигнала и скоростта на проявление след началото на тестването и особено значение има диапазонът на промени в сигнала – колкото по-голям е той, толкова по-малки са колебанията в нивата на кръвната захар, които могат да бъдат измерени.

В момента учените разработват малък модул, предназначен за бързо отчитане (за част от секундата), за преобразуване, за усилване на сигнала и за пренася на данни към телефона през Bluetooth.

Резултатите от работата на екипа са публикувани в списаниeто Physical Chemistry Chemical Physics. Статията е приета за печат и в Российские нанотехнологии, както и в Успехи физических наук.

Изобретението на екипа вече е патентовано, а Роспатент го включва в класацията на Топ 10 изобретения в медицината с патент през 2023 г.

И още за устройството, неговото създаване и екипа

Ръководител на научната група е Ирина Антонова, която е водещ изследовател в лабораторията по физика и технологии на триизмерни наноструктури, доктор на физико-математическите науки.

„В целия свят се разработват сензори за кръвна захар, при които няма нужда кожата да се пробива. Правилото е като чувствителен слой да бъде създадена многослойна структура, която е доста дебела. И в този случай, за да се осигури високо ниво на сигнала, е нужно обилно изпотяване и допълнително загряване на кожата. Ние избрахме друг път. Направихме много тънък слой със специфична структура, която осигурява селективност и така получихме високата чувствителност на сензора“, разказва д-р Антонова и допълва, че преди окончателно да финализират разработката учените се налага да разрешат множество други проблеми. От разработването на състава на мастилото, съотношението на компонентите, вискозитетът и концентрацията и се стигне до избора на режим за печат и основа, върху която да се нанася мастилото.

Артьом Иванов, който е член на екипа и изследовател в Младежката лаборатория по нанотехнологии и наноматериали, разяснява, че разликата между създадения от тях сензор и разработените в Русия и в чужбина, е, че научната им група успява да открие прост и евтин начин за получаването на висок отговор като използва графена, който усилва сигнала, като основа на чувствителна матрица.

„В самото начало ни се струваше, че увеличаването на дебелината на отпечатания слой в разумни граници до 10 нанометра, ще доведе до повишаване на сигнала и ще се получат по-възпроизводими резултати. Опитахме се да направим по-дебели слоеве, но беше много трудно да постигнем значителна промяна на тяхната проводимост. Дебелите слоеве позволяват добър сигнал и бърз отговор, но в същото време измененията в сигнала с промените в захарта е относително ниска – около 30%. Подобна е реакцията на много от съществуващите в света сензори. Ние искахме повече и така стигнахме до оптималното съотношение на състава на слоя, дебелината и структурата му. Оказа се, че най-добри характеристики осигуряват два или три отпечатани слоя. Важно е да се отбележи, че в този случай графеновото покритие трябва да е непрекъснато“, разказва за начина, по който работи научната група Артьом Иванов.

>>>Устройство позволява контрол над диабет тип 1 без инжектиране на инсулин

Новото устройство е предназначено единствено за домашна употреба, подчертават авторите. Те разработват параметрите за отчитане така, че всеки който го използва, да бъде в състояние да свърже стойностите на сензорния сигнал с тези, които са му известни, например, показанията на глюкомера или резултатите от медицинските тестове.

Бъдещето

Д-р Ирина Антонова признава, че все още са далеч от създаването на търговски продукт. Една от причините е, че научните изследвания изискват както време, така и финансиране.

„В следващите няколко години трябва да се уверим, че устройството работи лесно и надеждно, а получените резултати са разбираеми за всеки. Освен чувствителността нашите сензори имат и други предимства. Евтини са, остават работещи, дори когато сензорът се съхранява повече от две години и освен това могат да се използват многократно, могат и да се сменят“, подчертава предимствата на разработката Ирина Антонова и допълва, че сега екипът насочва усилията си към промени в сензорния сигнал в зависимост от индивидуалните характеристики на човек.