Per decenni, le persone con diabete hanno fatto affidamento sulle punture delle dita per prelevare il sangue o sui microaghi adesivi per misurare e gestire i livelli di glucosio. Oltre ad essere dolorosi, questi metodi possono causare prurito, infiammazione e infezioni.
I ricercatori del TMOS, il Centro di eccellenza del Consiglio di ricerca australiano per i sistemi meta-ottici trasformativi, hanno compiuto un passo importante verso l’eliminazione di questo disagio. Il team della RMIT University ha scoperto nuovi aspetti della firma infrarossa del glucosio e ha utilizzato queste informazioni per sviluppare un sensore ottico miniaturizzato di soli 5 mm di diametro che un giorno potrebbe essere utilizzato per fornire un monitoraggio continuo e non invasivo del glucosio nella gestione del diabete.
Il rilevamento non invasivo del glucosio è stato un obiettivo per quasi 30 anni a causa delle sue implicazioni per il monitoraggio indolore. Sono state descritte tecniche di rilevamento ottico del glucosio; tuttavia, richiedono una strumentazione ottica complessa solitamente presente nei laboratori, il che li rende inadatti all'uso regolare da parte dei pazienti.
La sfida principale che deve affrontare il test ottico del glucosio, conveniente e indossabile, è stata la miniaturizzazione e il filtraggio dei segnali del glucosio provenienti dai picchi di assorbimento dell’acqua nello spettro del vicino infrarosso (NIR). In sostanza, è stato quasi impossibile distinguere con precisione tra acqua e glucosio nel sangue. Fino ad ora.
In una ricerca unica nel suo genere pubblicata su Advanced Sensor Research , il team ha identificato quattro picchi infrarossi nel glucosio che consentono un'identificazione selettiva e sensibile in ambienti acquosi e biologici. Il team è desideroso di collaborare con partner accademici e industriali per continuare questo lavoro e condurre ricerche precliniche e cliniche, che aprirebbero la porta allo sviluppo di sensori ottici di glucosio indossabili.
Il team ha fabbricato un sensore di glucosio miniaturizzato stabilito su una banda d'onda di 1.600-1.700 nm che è abilitato Bluetooth e funziona utilizzando una batteria a bottone, che consente il monitoraggio continuo del glucosio. Questo sensore compatto ha dimostrato la sua fattibilità rilevando livelli di glucosio nel corpo umano compresi tra 50 e 400 mg/dl nel plasma sanguigno, con un limite di rilevamento e sensibilità paragonabile a sensori più grandi di laboratorio. Le sue dimensioni ridotte potrebbero un giorno vederlo integrato negli orologi intelligenti e in altri dispositivi di monitoraggio della salute indossabili e indolori.
Autore principale, RMIT Ph.D. Lo studioso Mingjie Yang, afferma:"Fino ad ora, non c'è consenso sulla firma spettroscopica unica del glucosio, in gran parte perché i legami OH presi di mira nella spettroscopia del vicino infrarosso (NIR) per il rilevamento del glucosio sono abbondanti anche nell'acqua. Questa somiglianza rende difficile distinguere tra segnali di glucosio e acqua, specialmente nei fluidi e nei tessuti biologici complessi.
"Abbiamo ottimizzato l'impostazione della spettroscopia e analizzato la trasmittanza per identificare i picchi specifici del glucosio. La nostra scoperta fornisce finalmente le informazioni necessarie per andare avanti con il rilevamento ottico del glucosio miniaturizzato e abbiamo sviluppato un prototipo di dispositivo per suggerire le basi per un futuristico sensore di glucosio non invasivo."
Il prototipo del dispositivo utilizza un diodo emettitore di luce montato in superficie (LED SMD) e circuiti realizzati in poliammide rivestita di rame a film sottile (Cu/PI) di soli 110 micron di spessore sviluppati con una tecnologia di modellazione laser. La scala millimetrica e il design leggero di questo dispositivo lo rendono notevolmente più compatto dei tradizionali spettrofotometri da banco. Inoltre, il design flessibile simile a un cerotto offre la futura possibilità di lettura diretta come dispositivo indossabile sulla pelle umana.
Le prestazioni del dispositivo sono state rigorosamente valutate utilizzando soluzioni acquose di glucosio e plasma sanguigno. È stata condotta un'analisi computazionale dell'interferenza della pelle chiara che indica come il LED SMD penetrerà nella pelle. I risultati della simulazione suggeriscono posizioni promettenti per la futura esplorazione del rilevamento ottico del glucosio nelle configurazioni cliniche.
Il ricercatore capo del TMOS Madhu Bhaskaran afferma:"La natura non invasiva dei sensori ottici del glucosio ha il potenziale per migliorare la compliance del paziente, ridurre il disagio e abbassare i rischi di infezioni associate al monitoraggio invasivo del glucosio. Con i giusti collaboratori/partner e i giusti finanziamenti , questo può rappresentare un importante passo avanti verso il rilevamento del glucosio continuo e indolore."
I sensori indossabili, come questo sviluppato dai ricercatori TMOS presso RMIT, fanno parte del programma Meta Health Sensors Flagship del Centro, un programma di ricerca applicata dedicato allo sviluppo di sensori meta-ottici per applicazioni MedTech.
La RMIT University ha depositato una domanda di brevetto relativa alla tecnologia del sensore ottico del glucosio sviluppata dal team.
Ulteriori informazioni: Mingjie Yang et al, Sensore ottico miniaturizzato del glucosio che utilizza luce nel vicino infrarosso da 1600-1700 nm, Ricerca avanzata sui sensori (2024). DOI:10.1002/adsr.202300160
Fornito dal Centro di eccellenza ARC per i sistemi meta-ottici trasformativi
