Un grupo de investigadores desarrolló el primer prototipo de un dispositivo de monitorización de la glucosa, no invasivo y portátil.
Actualmente, no existen en el mercado dispositivos de control de la glucosa no invasivos en los Estados Unidos, por lo que las personas con diabetes deben recolectar muestras de sangre o usar sensores incrustados debajo de la piel para medir sus niveles de azúcar en la sangre. Ahora, con un nuevo dispositivo portátil creado por investigadores de la Universidad Penn State, la monitorización de glucosa menos intrusiva podría convertirse en la norma.
Nuevo invento para medir los niveles de glucosa en sangre
Dirigidos por Huanyu “Larry” Cheng, quien es profesor de Desarrollo de Carrera del puesto honorífico Dorothy Quiggle, en el Departamento de Ingeniería, Ciencia y Mecánica de la Universidad Penn State, los investigadores publicaron los detalles del sensor no invasivo y de bajo coste que puede detectar la glucosa en el sudor, en la publicación Biosensors and Bioelectronics. El trabajo de investigación, que está disponible en línea, se publicará en la edición impresa de diciembre de la revista científica.
Los investigadores construyeron el dispositivo, primero con grafeno inducido por láser (LIG), un material que consta de capas de carbono de un átomo de espesor en varias formas. Con una alta conductividad eléctrica y un práctico tiempo de fabricación de solo segundos, el LIG parece ser un marco ideal para el dispositivo sensor, pero había un factor importante a tomar en cuenta.
“El desafío aquí es que el LIG no es sensible a la glucosa en absoluto”, dijo Cheng. “Entonces, necesitábamos colocar un material sensible a la glucosa en el LIG”.
Cómo funciona
El equipo eligió el níquel debido a su gran sensibilidad a la glucosa, según Cheng, y lo combinó con oro para reducir los riesgos potenciales de una reacción alérgica. Los investigadores plantearon la hipótesis de que el LIG revestido de la aleación de níquel y oro sería capaz de detectar concentraciones bajas de glucosa en el sudor de la superficie de la piel.
La prioridad era un material con alta sensibilidad a la glucosa. El sudor exhibe concentraciones de glucosa notablemente bajas en comparación con la sangre, pero, según Cheng, existe una fuerte correlación entre los niveles de glucosa en el sudor y la sangre. Si bien la concentración de glucosa en el sudor es aproximadamente 100 veces menor que la concentración en sangre, el dispositivo desarrollado por el equipo es lo suficientemente sensible como para medir con precisión la glucosa en el sudor y reflejar a partir de esta, la concentración en sangre.
La sensibilidad de la aleación de níquel-oro permitió al equipo de Cheng excluir las enzimas, que a menudo se utilizan para medir la glucosa en dispositivos más invasivos disponibles en el mercado, o en monitores no invasivos propuestos por otros investigadores. Sin embargo, estas enzimas pueden degradarse rápidamente con el tiempo y los cambios de temperatura.
“Un sensor enzimático debe mantenerse a una cierta temperatura y pH, y la enzima no puede almacenarse a largo plazo”, dijo Cheng. “Por otra parte, un sensor de glucosa no enzimático, es mucho mejor en términos de funcionamiento estable y sensibilidad a la glucosa, independientemente de estos cambios”.
Los sensores no enzimáticos requieren una solución alcalina, la cual puede dañar la piel, limitando así la capacidad de uso del dispositivo. Para solucionar este problema, Cheng y su equipo incorporaron una cámara de microfluidos a la aleación del LIG. Esta cámara es más pequeña que las configuraciones desarrolladas anteriormente, con el objetivo de fomentar su uso; y más porosa para permitir varias acciones, como estiramiento o compresión. Está conectada a una entrada de recolección que hace pasar el sudor a la solución sin permitir que la solución toque la piel. La solución básica interactúa con las moléculas de glucosa para producir un compuesto que reacciona con la aleación. Esta reacción emite una señal eléctrica que indica la concentración de glucosa en el sudor.
Con una cámara de solución alcalina más pequeña, el dispositivo completo tiene el tamaño aproximado de una moneda y es lo suficientemente flexible como para mantenerse sujeto al cuerpo humano, dijo Cheng.
En una prueba de concepto, los investigadores utilizaron un adhesivo seguro para la piel para sujetar el dispositivo reutilizable al brazo de una persona, una hora y tres horas después de una comida. El sujeto realizó una breve sesión de actividad física, suficiente para producir un poco de sudor, justo antes de cada punto de medición. Unos minutos después de recolectar el sudor, los investigadores encontraron que la concentración de glucosa detectada disminuyó de la primera medición a la siguiente. Las mediciones de glucosa del dispositivo se verificaron mediante mediciones realizadas con un monitor de glucosa disponible comercialmente.
El futuro
Cheng y el equipo piensan mejorar su prototipo para aplicaciones futuras, lo que incluye considerar cómo los pacientes o los médicos pueden usar el sensor para mediciones de glucosa incrementales o monitorización continua, para determinar acciones de tratamiento, como la administración de insulina. También tienen la intención de refinar y expandir esta plataforma para una monitorización más cómoda de otros biomarcadores que se pueden encontrar en el sudor o en los fluidos intersticiales que llenan los espacios entre las células del cuerpo.
“Queremos trabajar con médicos y otros profesionales la salud para ver cómo podemos aplicar esta tecnología para el seguimiento diario de un paciente”, dijo Cheng. “Este sensor de glucosa puede ser el ejemplo para demostrar que podemos mejorar la detección de biomarcadores en el sudor a concentraciones extremadamente bajas”.
Link: https://www.sciencedaily.com/releases/2021/10/211014172730.htm
Fecha: 14 de octubre de 2021
Fuente: Universidad Penn State
Fuente de la historia:
Materiales proporcionados por la Universidad Penn State. Original escrito por Gabrielle Stewart. Nota: El contenido podría haber sido editado en estilo y extensión.
Referencia de la publicación:
Jia Zhu, Shangbin Liu, Zhihui Hu, Xianzhe Zhang, Ning Yi, Kairui Tang, Michael Gregory Dexheimer, Xiaojun Lian, Qing Wang, Jian Yang, Jennifer Gray, Huanyu Cheng. Laser-induced graphene non-enzymatic glucose sensors for on-body measurements. Biosensors and Bioelectronics, 2021; 193: 113606 DOI: 10.1016/j.bios.2021.113606
Nota: Instituto Nutrigenómica no se hace responsable de las opiniones expresadas en el presente artículo.
