Основу для устройства, способного с высокой точностью определять уровень сахара в организме без забора крови, разработали ученые СГУ. Результаты работы были опубликованы в журнале Analytical Methods.
Новая разработка направлена на решение одной из основных проблем людей с диабетом — необходимости многократного прокалывания пальца для анализа крови в течение дня. Как сообщили в Саратовском национальном исследовательском университете имени Н. Г. Чернышевского (СГУ), это не только вызывает дискомфорт, но также не дает полной информации о колебаниях уровня глюкозы, что крайне важно для предотвращения опасных состояний.
Предложенное исследователями решение основывается на принципе оптического детектирования с использованием гигантского комбинационного рассеяния (усиление сигнала через взаимодействие молекул с поверхностью наночастиц металла). Ученые разработали гибкий и воздухопроницаемый сенсорный материал — нетканую полиакрилонитрильную подложку, покрытую наночастицами серебра, что значительно усиливает сигнал от анализируемых молекул.
«“Увидеть” глюкозу напрямую таким способом сложно, так как ее молекулы плохо адсорбируются на поверхности и дают слабый сигнал. Мы нашли решение, покрыв сенсор ферментом глюкозооксидазой, который взаимодействует именно с глюкозой», — рассказала старший научный сотрудник лаборатории биомедицинской фотоакустики СГУ Ольга Гуслякова.
По словам ученых, метод был успешно проверен для определения глюкозы в воде и искусственном поте в концентрациях 1-10 мМ, что соответствует диапазону от нормы до тяжелой гипергликемии. Для калибровки метода использовались высокие концентрации глюкозы.
Лабораторные испытания продемонстрировали высокую эффективность метода, утверждают авторы исследования. Применение алгоритмов машинного обучения для обработки данных позволило достичь точности количественных прогнозов на уровне 93,8 процента.
«Научная новизна работы заключается в создании новой структуры волокон нетканого материала, которая позволяет управлять световыми свойствами поверхности и собирать молекулы определяемого вещества в зоны с максимальным усилением сигнала (“горячие точки”)», — прокомментировала Гуслякова.
Как сообщили в СГУ, в настоящее время наблюдается бум в создании компактных систем для непрерывного мониторинга глюкозы. Однако, несмотря на прорыв в технологии отслеживания изменений уровня глюкозы в организме, такие устройства требуют прокола кожи для установки электрода сенсора под кожей.
«Мы стремимся полностью исключить необходимость прокалывания кожи за счет анализа концентрации глюкозы в поту (на поверхности кожи), а не во внутреннем подкожном пространстве. Большинство существующих аналогов либо имеют короткий срок службы при естественных условиях эксплуатации (постоянной деформации), либо не позволяют комфортно размещать датчик на теле», — отметила Гуслякова.
По ее словам, разработанные сенсоры обладают ключевыми преимуществами для повседневного использования: они гибкие, воздухопроницаемые, обладают фильтрующими свойствами и низкой аллергенностью. В перспективе данная разработка может составить конкуренцию существующим глюкометрам и системам непрерывного мониторинга на рынке, который, по прогнозам, вырастет в России до 809,46 млн долларов к 2029 году.
Авторы исследования полагают, что такая технология — важный шаг к персонализированной медицине. Она сможет не только избавить пациентов от дискомфорта, но и предоставить врачам непрерывные данные о состоянии пациента. Сенсор позволит людям с диабетом безопасно заниматься спортом и вести активный образ жизни, что может повысить качество жизни.
«Важной особенностью исследования является значительный вклад студентки бакалавриата Института химии СГУ Виктории Бакал, которая разработала методику получения новых подложек», — подчеркнула Гуслякова.
Работа выполнена при поддержке гранта РНФ № 22-79-10270 и согласуется с стратегическими целями в рамках федеральной программы «Приоритет-2030».
Фото: hi-tech.mail.ru