Постоянное измерение датчиков глюкозы измеряет концентрацию глюкозы в организме. Непрерывного мониторинга глюкозы как правило , у людей с сахарным диабетомиспользуется для контроля терапии лучше. С одной стороны, они могут отображать глюкозу вместе с временным градиентом (трендом) на дисплее и сохранять все значения, используемые в настоящее время в коммерческих системах датчиков иглы. Они также являются неотъемлемой частью возможного будущего, постоянно функционирующей, искусственной поджелудочной железы , а именно инсулиновой помпы, регулируемой глюкозой крови, с помощью алгоритма, Такая схема управления в основном состоит из непрерывно измеряемого датчика глюкозы и контроллера, который управляет инсулиновой помпой.
Инвазивные датчики глюкозы
Инвазивные датчики должны быть вставлены через неповрежденную кожу, поэтому приложение не является полностью безболезненным.
Датчики игл
Амперометрический датчик глюкозы
Самый длинный тип — это традиционный иммобилизованный датчик амперометрического фермента глюкозооксидазы (рис.) И доступен в нескольких типах, доступных сегодня на рынке. Глюкоза выборочно измеряется ферментативного превращения глюкозы под действием фермента оксидазы глюкозы (GOD), который в наконечнике датчика в полимереявляется иммобилизованным (г. Б. полиакриламида) или сшитый с помощьюглутаральдегида. В электрохимической реакции измеряется либо уменьшение кислорода (O2 ), либо образование перекиси водорода H 2 O 2 . Таким образом, будет происходить окисление (производство электронов) на рабочем электроде или восстановление (электронно-потребляющее) на противоэлектроде. Преимуществом перекисного электрода является простая структура в массовом производстве, которая, однако, сталкивается с тем недостатком, что H 2 O 2 оказывает токсическое воздействие на БОГ, а также на поверхность электрода. Это приводит к увеличению дрейфа и сокращению времени жизни этих датчиков. Шичири и его коллеги объединили один из первых датчиков иглы в Японии в 1983 году с переносной искусственной поджелудочной железой.
Технические характеристики in vitro : Диапазон измерения для глюкозы обычно составляет 20-400 мг / дл, точность ниже при низких уровнях глюкозы, чем при высоких уровнях. Чувствительность крошечных игольчатых датчиков обычно составляет 2 нА / мМ (концентрация глюкозы), всегда есть фоновый ток. Время отклика (время достижения 63% равновесного тока в ступенчатой ??функции) составляет от 1 до 3 минут in vitro. Отношение сигнал / шумсоставляет приблизительно от 3 до 10. Из-за этого шума необходимы фильтры, которые вставляют дополнительную постоянную времени в цепочку сигналов. Дрейф обусловлен окислительным действием H 2 O 2 , который не только разрушает глюкозооксидазу, но также поверхность электрода и мембраны (биологическое обрастание). Поэтому дрейф и время жизни датчика in vitro сильно зависят от начального заряда фермента, а также от методологии того, как чувствительные поверхности защищены от перекиси.
Спецификации после имплантации ( in vivo ): Поскольку существуют два субстрата, а именно O 2 и глюкоза, глюкоза должна быть предельным субстратом. В организме мониторинг глюкозы в крови, с примерно 0,2 мМ O 2 и 5,5 мМ обратных концентраций глюкозы. Передовые полимеры в качестве диффузионных барьеров ближе к этой проблеме, равно как и электронные медиаторы, такие как ферроцен. В частности, время отклика, время жизни и дрейф амперометрических игольчатых датчиков отличаются от условий in vitro. Процессы диффузии крови и тканей индуцируют время задержки концентрации глюкозы от 3 до 10 минут, в зависимости от метода измерения. Как правило, имплантация датчика иглы приводит к реакции ткани. Это добавляетдополнительный компонент in vivo к дрейфу in vitro и времени жизни датчика . К травмам воспалительной реакции, с последующим заживлением ран ответа с накоплением полученных белков с последующим образованием соединительной ткани с различной проницаемостью для кислорода и глюкозы.Меры по борьбе с этим — это биосовместимые поверхности, ограничение продолжительности использования и прерывание процесса измерения в первые часы «заживления ран» после имплантации .
Микродиализ
Внешние датчики расположены u. а. в системах микродиализа. Здесь жидкость непрерывно прокачивается через подкожную подкожную жировую петлюполупроницаемых мембран при скорости потока 2,5-10,0 мкл / мин. Эта жидкость накапливается зависимым от концентрации образом с глюкозой. Такая система находилась в «Ulmer Zuckeruhr», представленном EF Pfeiffer († 23 января 1997 года) в Ульме в 1994 году. Он состоял из портативной системы микро-диализ с внешним датчиком глюкозы и телеметрическим устройством . Он посылал сигнал получателю один раз в минуту в виде наручных часов.Визуальные и звуковые сигналы тревоги могут быть отправлены при высоком и низком уровне глюкозы в крови. Однако это никогда не достигало реальной зрелости рынка, поскольку вес и размеры, которые соответствовали старому Walkman , не были пригодны для повседневного использования. Даже сегодня коммерчески доступная система GlucoDay компании MENARINI работы по этому принципу.
Преимущества и недостатки Микродиализ система: Микродиализ система работает при атмосферном давлении, поэтому нет никаких проблем сдефицитом кислорода в качестве датчиков игл , когда датчик расположен в корпусе. Поэтому их диапазон измерения больше и их точность выше, чем у игольчатых датчиков. Недостатком является мертвое время , которое неизбежно возникает из-за транспортировки диализата и находится в диапазоне минут. Техническим недостатком может быть размер и восприимчивость насосной системы, поскольку имеются движущиеся компоненты.
Флуоресценция
Принцип измерения глюкозы с флуоресценцией . Система состоит из трех компонентов: рецептора глюкозы на основе борной кислоты, тушителя и флуорофора (красителя).В отсутствие глюкозы гаситель интенсивно взаимодействует с флуорофором, так что излучается мало света. Однако при высоком связывании с глюкозой выделяется больше света.
Измерение глюкозы также может осуществляться оптически с помощью флуоресценции . Здесь молекулавозбуждается облученным фотоном и сразу снова излучается фотон более низкой энергии. Отделяя излучаемый излучаемый и излучаемый свет с помощью оптических фильтров, могут выполняться очень селективные измерения.
Однако в организме нет известных молекул, которые флуоресцируют в сочетании с глюкозой, так что посторонний материал должен быть приведен в контакт с жидкостью, содержащей глюкозу, извне, подобно электрохимическому датчику (инвазивное измерение). Для получения глюкозо-зависимого излучения света можно использовать рецептор глюкозы борной кислоты или concanavalin A и тушитель . Методология также достаточно чувствительна в низкой (гипогликемической) области. В одном приложении (Glumetrics, USA) видимый свет от светодиода пропускается через пучок из стекловолокна толщины провода во внутривенный катетер, и по тому же пути красный -зависимыйсвет, зависящий от глюкозы, возвращается в датчик . Такая система может найти применение в интенсивной терапии при внутривенном контроле. В другом приложении (Senseonics, USA) используется капсула размером 3 мм ? 16 мм, которая помещается под кожу в контакте с межклеточной жидкостью . Эта капсула содержит флуорофоры и беспроволочно посылает сигналы на передатчик . Исследование двенадцати диабетиков в течение 90 дней показало MARD 11,7% и задержку 7 мин . Эта система была выпущена на рынок для 52-го Конгресса немецкого общества диабета .
Неинвазивные датчики глюкозы Оптические и диэлектрические датчики
Неинвазивные датчики оставляют кожу и слизистые оболочки неповрежденными и используют электромагнитные волны для измерения. Измерение было бы безболезненным. До сих пор свет в ближнем инфракрасном диапазоне оказался подходящим благодаря поглощению, но также и в других частотных диапазонах путем поляриметрии или рассеяния . Благодаря импедансной спектроскопии на частоте 20-60 МГц швейцарская компания Biovotion ex Solianis представила совершенно новый метод измерения контроля глюкозы. При использовании нескольких частот с помощью этого метода, самокалибруя датчик и множественную сеть искусственного интеллекта для обучения нелинейной корреляционной функции «уровень сахара в крови до полного сопротивления», TROUT в Касселе разработал неинвазивную систему мониторинга уровня глюкозы в крови. Эта система запатентована; функции были проверены клиническим тестом (пользовательское наблюдение). До сих пор ни один датчик такого типа не вышел на рынок, даже для индивидуальных измерений. Проблемы — это точность, селективность в отношении глюкозы и восприимчивость к помехам. Научные исследования полностью отсутствуют. Например, при так называемых минимально инвазивных методах кожа перфорирована практически безболезненно, используя крошечные отверстия (лазер) для восстановления тканевой воды. Из оптических методов спектроскопия комбинационного рассеяния показала успех в течение нескольких лет, поскольку глюкоза в диапазоне среднего инфракрасного диапазона от 500 до 900 нм оставляет четкий спектральный «отпечаток пальца», который зависит от концентрации. Кроме того , фотоакустическая спектроскопии, средний инфракрасный , используя квантовый каскадный лазер здесь показывают обнадеживающие результаты на лабораторном столе, но еще не является коммерческой системой. Современные лазеры и селективные спектрографы, а также возможность миниатюризации сложных арифметических операций математического процесса нормировки и калибровки делают полностью неинвазивную форму датчика глюкозы возможной в будущем.