В Корее разрабатывают неинвазивный датчик глюкозы в крови на основе пота, работающий без ферментов и с 18 раз большей чувствительностью

Корреспондент Гу Бон Хёк

- Совместная разработка Корейского института промышленной технологии и Университета Ханьян

Гибкий датчик уровня глюкозы в крови на основе пота, изготовленный с помощью лазерной обработки [Предоставлено Корейским институтом промышленной технологии]

Пациенты с диабетом несколько раз в день прокалывают пальцы, чтобы измерить уровень глюкозы в крови, но это сопряжено с болью и риском инфекции, что затрудняет частое наблюдение в повседневной жизни.

В связи с этим ведется активная разработка неинвазивных датчиков, измеряющих уровень глюкозы в крови по слюне или поту. Однако для этого необходимо создать шаблон (маску) для изготовления электродов, а затем провести процессы экспонирования и травления.

Причем при изменении конструкции нужно заново изготовить шаблон с нуля, что является трудоемким процессом.

Кроме того, фермент, обнаруживающий глюкозу, легко разлагается под воздействием тепла и света, что приводит к снижению эффективности при длительном использовании.

Совместная исследовательская группа из Корейского института промышленной технологии (KITECH) и Университета Ханьян разработала технологию неферментативного датчика глюкозы, который можно изготовить без использования шаблона.

Старший научный сотрудник отдела исследований промышленных компонентов KITECH Ян Чан У и исследовательская группа под руководством профессора Ли Хва Сона из факультета материаловедения и химической инженерии Университета Ханьян сообщили о разработке структуры электрода и технологии изготовления, применимых к датчикам глюкозы в крови на основе пота. Эта технология позволяет формировать электроды непосредственно с помощью лазеров.

Исследовательская группа разработала технологию формирования рисунка (паттерна), которая позволяет напрямую рисовать нужную форму электрода с помощью лазера, что делает возможным изготовление электродов без использования сложных традиционных процессов.

Сначала пластиковый материал, смешанный с наночастицами диоксида олова (SnO₂), облучается лазером, чтобы вывести диоксид олова внутри на поверхность. Затем эта поверхность погружалась в раствор меди, что позволяло меди прилипать только к областям, облученным лазером, тем самым формируя электрод.

Затем, чтобы предотвратить окисление медного электрода, последовательно нанесли никель и золото, создав трехслойное защитное покрытие.

Датчик глюкозы в крови на основе пота, подключенный к электрохимическому измерительному прибору (потенциостату) [Предоставлено Корейским институтом промышленной технологии]

Текстурированная поверхность, обработанная лазером, значительно увеличила площадь контакта с глюкозой, что существенно повысило способность обнаружения. Эта технология позволяет наносить покрытие непосредственно на гибкие пластиковые подложки без необходимости высокотемпературной обработки или вакуумного оборудования. Кроме того, для изменения формы электрода необходимо лишь изменить траекторию лазера на компьютере.

На основе изготовленных таким образом электродов исследовательская группа реализовала неферментативный датчик, используя металлический катализатор вместо фермента.

Ферменты, являясь белковыми катализаторами, чувствительны к нагреванию, что затрудняет лазерную обработку. Однако металлические катализаторы остаются стабильными при высоких температурах, что позволяет интегрировать их в лазерный процесс.

Команда покрыла электроды композитом из платины (Pt) и углерода, чтобы сформировать слой, чувствительный к глюкозе. Это позволило металлическому катализатору вступать в прямую реакцию с глюкозой в поте, генерируя электрический сигнал.

Результаты экспериментов показали, что чувствительность изготовленного датчика к глюкозе примерно в 18 раз выше, чем у коммерческих электродов.

Датчик прошел 100 000 повторных испытаний на изгиб с радиусом изгиба 5 мм, при этом было подтверждено, что изменения электрического сопротивления остаются в пределах 25% - стандарт прочности для носимых датчиков.

Результаты исследования опубликованы в международном научном журнале «ACS Applied Bio Materials», специализирующемся на биоматериалах и датчиках.

«Мы создали высокочувствительный и долговечный датчик глюкозы в крови на основе пота, используя только лазерную обработку, без изготовления шаблонов» - сказал старший научный сотрудник Ян Чан У, добавив: «Мы планируем развить эту технологию в неинвазивную технологию мониторинга диабета и носимую платформу для здравоохранения».

nbgkoo@heraldcorp.com

#южнаякорея #корея #политика #экономика #промышленность #технология #медицина #глюкоза #диабет #сахарвкрови #пот #материаловедение #датчик #сенсор #бизнес #финансы #общество #культура #искусство #азия