دیابت یک بیماری مزمن شایع با خطرات قابل توجه است. فناوری پایش مداوم قند (CGM) مورد تایید FDA با الکترودهای قابل کاشت، به دلیل داشتن الکترودهای طولانی، مستعد عوارض جانبی مانند درد و عفونت است. دستگاههای میکروسوزن با طول سوزنهایی از چند صد میکرومتر تا چند میلیمتر، میتوانند بدون لمس رگهای خونی یا اعصاب به لایه شاخی نفوذ کنند و مزیتهای بدون درد و کم تهاجمی بودن را دارند. آنها همچنین میتوانند از آرایههایی برای شناسایی چندین آنالیت استفاده کنند، که اطلاعات مستقیم و دقیقتری را در مورد بیوشیمی مایعات بینابینی نسبت به فناوریهای غیرتهاجمی{4}} ارائه میکند.
مطالعات بالینی نشان داده است که نظارت بر چندین نشانگر بیوشیمیایی برای ارزیابی دیابت بسیار مهم است. اختلال در هموستاز گلوکز می تواند بر غلظت الکترولیت ها و تعادل اسید-تاثیر بگذارد. نشانگرهای متابولیک مانند اسید اوریک و کلسترول نیز ارتباط نزدیکی با دیابت و عوارض آن دارند. به عنوان مثال، افزایش سطح اسید اوریک ممکن است خطر ابتلا به نفروپاتی دیابتی یا دیابت نوع 2 را افزایش دهد. فنآوریهای نظارت غیرتهاجمی در معرض تداخل عوامل محیطی هستند و برای انعکاس غلظت واقعی آنالیتها در مایع زیر جلدی یا خون تلاش میکنند. حسگرهای کم تهاجمی با چالشهایی مانند پردازش دشوار، نظارت مشکل در محیطهای پیچیده، سیگنالهای نظارت بلندمدت ناپایدار-و خطرات مرتبط با روشهای کالیبراسیون سنتی مواجه هستند.
برای این منظور، تیم تحقیقاتی یک آرایه الکترود میکروسوزن چندگانه خود کالیبرهشده (SC-MMNEA) ایجاد کرد که میتواند نه آنالیت بیولوژیکی، از جمله گلوکز و کلسترول، را در زمان واقعی و در محل نظارت کند. این سیستم با الهام از سوزن-مانند خارها و چندین جوانه چشایی زبان گربه، متشکل از یک حسگر آرایه میکروسوزن چندگانه، یک ماژول کالیبراسیون خود- و یک ماژول مدار الکترونیکی است. هر میکروسوزن برای یک آنالیت خاص هدف قرار میگیرد و تعداد و عملکرد میکروسوزنها را میتوان به صورت انعطافپذیر طراحی کرد و امکان آزمایش سفارشی را فراهم کرد.
SC-MMNEA مزایای قابل توجهی را ارائه میدهد: اولاً، نسبت به روشهای آزمایش کاشتنی سنتی کمتر تهاجمی و بدون درد است. دوم، از مجموعهای از میکروسوزنهای مجزا استفاده میکند، و از تداخل ناشی از تغییرات شیمیایی مستقیم جلوگیری میکند. سوم، میکروسوزنها را میتوان به طور انعطافپذیر ترکیب کرد تا نیازهای تست چند پارامتر-را برآورده کند. چهارم، می تواند به طور انتخابی چندین آنالیت را در مایع بینابینی در محل تشخیص دهد. و پنجم، ماژول کالیبراسیون خود- نیاز به نمونهگیری تهاجمی خون را حذف میکند و به چالشهای کالیبراسیون CGMهای سنتی میپردازد.
برای افزایش کارایی، میکروسوزنها ابتدا با نانولولههای کربنی (CNTs) اصلاح میشوند و سپس با پلی (3،4{3}}اتیلن دی اکسی تیوفن): پلی استایرن سولفونات (PEDOT:PSS) پوشانده میشوند تا یک نانوکامپوزیت تشکیل دهند، که سپس به الکترودهای عملکردی مختلف اصلاح میشود. متابولیت ها و گونه های اکسیژن فعال با استفاده از الکترودهای آنزیمی با استفاده از آمپرومتری شناسایی می شوند، در حالی که یون ها با استفاده از یک غشای انتخابی یون شناسایی می شوند. در طی آزمایش آزمایشگاهی، یک غشای مهر و موم کننده برای شبیه سازی لایه شاخی پوست استفاده می شود و میکروسوزن ها برای تشخیص غلظت آنالیت به غشاء نفوذ می کنند.
ماژول کالیبراسیون خود یک محلول استاندارد با غلظت شناخته شده را از طریق میکروسوزن های توخالی به مایع بینابینی تزریق می کند. الکترودهای میکروسوزن مجاور، غلظت را اندازه میگیرند و یک سیگنال{2}}رابطه غلظت ایجاد میکنند. یک منحنی استاندارد برای کالیبره کردن سیگنال ها در سایر نقاط زمانی و تصحیح غلظت اندازه گیری شده ایجاد می شود. تجزیه و تحلیل شبکه خطا نشان داد که خطاهای اندازه گیری گلوکز و کلسترول پس از کالیبراسیون خود به ترتیب 11.33±8.24% و 9.43±8.37% بود که هر دو الزامات بالینی را برآورده می کنند. خطای شاخص هایی مانند لاکتات و اسید اوریک نیز پس از کالیبراسیون به میزان قابل توجهی کاهش یافت و دقت داده ها بالا بود.
SC{0}}MMNEA که از طریق شبیهسازیهای COMSOL، آزمایشهای آزمایشگاهی و مدلهای موش تأیید شده است، میتواند به طور مداوم غلظت آنالیتهای متعدد را در زمان واقعی ثبت کند. ویژگی کالیبراسیون خود-مسئله کاهش دقت با کاشت طولانی مدت را برطرف میکند. با استفاده از یک استراتژی تولید هیبریدی، الکترودهای میکروسوزن قابل تعویض هستند و به طور بالقوه قابلیتهای آن را برای شناسایی مولکولهای اضافی گسترش میدهند. با این حال، دستگاه باید در یک محیط-در دمای پایین و غنی از نیتروژن-ذخیره شود و برای استفاده یکبار- طراحی شده باشد. کار آینده مستلزم بهینه سازی قوام دسته سنسور و یکنواختی پوشش برای تولید صنعتی است.
در مقایسه با نوارهای آزمایش قند خون سنتی و{0}}CGMهای تک کاره، SC-MMNEA میتواند چندین شاخص بیوشیمیایی را در زمان واقعی نظارت کند و ارزیابیهای جامعی از وضعیت سلامتی و فیزیولوژیکی بیماران دیابتی ارائه دهد. این پتانسیل را دارد که کاربرد دستگاههای تشخیصی پوشیدنی را برای نظارت بلندمدت-مواد شیمیایی در بدن ترویج کند.