Jump to content
Forum Kopalni Wiedzy
Sign in to follow this  
KopalniaWiedzy.pl

Na Politechnice Wrocławskiej powstaje nieinwazyjny glukometr

Recommended Posts

Założony przez absolwentów Politechniki Wrocławskiej startup GlucoActive pracuje nad urządzeniem do bezinwazyjnego badania poziomu glukozy we krwi. Ma ono pomóc przede wszystkim diabetykom, ale korzystać będą mogły z niego także osoby będące na diecie i sportowcy.

Cukrzyca to choroba metaboliczna, która charakteryzuje się podwyższonym poziomem glukozy we krwi wynikającym z defektu produkcji lub działania insuliny wydzielanej przez komórki beta trzustki. Nieleczona prowadzi do wielu groźnych powikłań, uszkodzenia narządów lub nawet do śmierci.

Według oficjalnych informacji na świecie na cukrzycę cierpi ok. 10 proc. populacji, ale objawy choroby występują nawet u co trzeciej osoby. U wielu choroba jest jeszcze niezdiagnozowana, bowiem przez pierwsze kilka lat może się ona rozwijać bezobjawowo – wyjaśnia Maciej Wysocki, absolwent Politechniki Wrocławskiej i współzałożyciel startupu GlucoActive.

Chorzy na cukrzycę sami mogą kontrolować stężenie glukozy we krwi m.in. za pomocą glukometru wymagającego jednak pobrania krwi (np. z opuszka palca) czy specjalnego sensora z mikroigłą umieszczonego w tkance podskórnej poprzez wkłucie (FreeStyle Libre).

Dla wielu osób wykonanie niezbędnego nakłucia w miejscu publicznym jest jednak krępujące, a korzystanie z libry kosztowne. Zauważyliśmy także, że problemem jest wymienianie lancetu w nakłuwaczach. Trzeba to robić często, a czasem nie ma na to czasu ani warunków i używanie jednej igły przez dłuższy czas może prowadzić do różnego rodzaju infekcji – dodaje Jakub Niemczuk, absolwent Wydziału Elektroniki Mikrosystemów i Fotoniki PWr, dyrektor techniczny w GlucoActive.

Badanie bez kłucia

Dlatego głównym celem działającego we Wrocławiu startupu jest opracowanie rozwiązania, które pozwoli na zbadanie poziomu glukozy we krwi bez konieczności nakłuwania skóry. Projektowane urządzenie w kształcie zegarka ma być komfortowe, łatwe w obsłudze, a pomiar prowadzony będzie z wykorzystaniem metod optycznych i spektrofotometrycznych.

Jak przyznaje Maciej Wysocki, pomysł na stworzenie bezinwazyjnej metody badania stężenia glukozy nie jest nowy, bowiem w ostatnich latach nad takimi projektami pracowały nie tylko firmy prywatne takie jak Apple czy Google, lecz też korporacje farmaceutyczne i konsorcja naukowe. Jednak proponowane dotychczas rozwiązania np. tatuaże, implanty czy specjalne soczewki okazywały się niezwykle trudne lub kosztowne we wdrożeniu i w efekcie badania zarzucono.

Metoda opracowana przez naszych absolwentów zakłada natomiast kilkukrotne oświetlenie skóry światłem o określonej długości fali, a następnie przeanalizowanie otrzymanych wyników.

Badamy m.in. jak bardzo światło zostało rozproszone, pochłonięte przez skórę i jak zmieniło się spektralnie. Może się to wydawać proste, ale cały sekret tkwi w analizie matematycznej tych pomiarów. Największym problemem był dla nas fakt, że człowiek, mówiąc kolokwialnie, jest „mieszanką” wielu związków, które mocno rozpraszają światło i dają wiele różnych sygnałów. Musieliśmy stworzyć takie rozwiązania, żeby wyciągnąć z pozyskanych danych tylko informacje dotyczące glukozy – wyjaśnia Jakub Niemczuk.

Badacze spędzili ponad rok nad analizą próbek krwi oraz skóry, sprawdzając, jak rozpraszane jest światło, i jak można na tej podstawie analizować pozyskane widma. Ostatecznie udało im się opracować szereg metod matematycznych i algorytmów, które są w stanie przetworzyć otrzymane dane i określić stężenie glukozy we krwi.

Pierwsze badania prowadzone były m.in. w laboratoriach Politechniki Wrocławskiej z użyciem profesjonalnych i dużych spektrometrów, a instalacje optyczne wykorzystywane w startupie także zajmują sporo miejsca. Konieczna była więc ich miniaturyzacja, co jeszcze kilka lat temu wydawało się niemożliwe.

Teraz niewielkie spektrometry są dostępne na rynku i wykorzystuje je np. policja do wykrywania narkotyków i materiałów wybuchowych. Nasze urządzenie musi być jednak jeszcze mniejsze, a dodatkowo dużo dokładniejsze. Badając próbki krwi i skóry, osiągaliśmy dokładność na poziomie stosowanych powszechnie glukometrów paskowych z granicą błędu plus/minus 15 proc. Cały czas staramy się, żeby wyniki były bardziej precyzyjne. Należy również podkreślić, że oświetlanie jest całkowicie bezpieczne, w żaden sposób nie wpływa na skórę i tkanki – podkreśla Maciej Wysocki.

Glukoza, cholesterol, hemoglobina

Początkowo zegarek ma pokazywać jedynie stężenie glukozy, ale docelowo urządzenie ma działać na zasadzie tradycyjnego smartwatcha z dedykowaną aplikacją. Możliwe będzie także zaprogramowanie zegarka na automatyczne mierzenie poziomu glukozy w określonych odstępach czasu. Nie jest też wykluczone, że w przyszłości zostaną wprowadzone opcje sprawdzenia poziomu cholesterolu, hemoglobiny czy nawodnienia organizmu.

Z zegarka korzystać będą mogli nie tylko diabetycy, lecz także osoby będące na diecie, sportowcy i… nurkowie.

Przy projektowaniu zegarka dostaliśmy bardzo dużo próśb, żeby był on bardzo wytrzymały i wodoodporny. Okazało się bowiem, że chorzy na cukrzycę nurkowie pływający na dużych głębokościach narażeni są na gwałtowne spadki glukozy we krwi, co może spowodować utratę przytomności. Dzięki naszemu urządzeniu mogliby na bieżąco kontrolować jej poziom – dodaje Jakub Niemczuk.

Jeszcze przed końcem tego roku twórcy startupu chcą przeprowadzić oficjalne eksperymenty medyczne, które mają potwierdzić wyniki prowadzonych przez nich badań. Urządzenie ma trafić na rynek jako gadżet sportowy w połowie 2020 roku, a jego koszt wyniesie ok. 2 tys. zł. Następnie twórcy będą się także starali o uzyskanie certyfikacji medycznej.

Certyfikacja to koszt kilku milionów złotych, a jej uzyskanie trwa często ponad dwa lata. Nie każda firma, tym bardziej młoda, może sobie na to pozwolić. Zapytaliśmy więc przyszłych odbiorców, czy jeśli nasze urządzenie będzie prowadziło pomiary z dokładnością tradycyjnego glukometru, to czy uzyskanie odpowiednich certyfikatów będzie dla nich ważne. Okazało się, że jeśli mogliby z niego korzystać rok czy nawet dwa lata wcześniej, to nie ma to dla nich większego znaczenia – tłumaczy Maciej Wysocki.

Nie tylko zegarek

Oprócz zegarków konstruktorzy pracują także nad większym, stacjonarnym urządzeniem do pomiaru glukozy, które w przyszłości mogłoby trafić m.in. do aptek.

Już teraz w wielu aptekach można znaleźć dostępne dla wszystkich ciśnieniomierze. Nic nie stoi na przeszkodzie, żeby obok postawić nasze urządzenie, które dzięki większym wymiarom może być dokładniejsze niż glukometry paskowe. Mamy sugestię, że zapotrzebowanie na tego typu rozwiązanie jest ogromne – zaznacza Maciej Wysocki.

Obecnie nad projektem pracuje jedenaście osób – absolwenci, doktoranci i studenci Politechniki Wrocławskiej oraz naukowiec z Polskiej Akademii Nauk. Prace prowadzone są m.in. w ramach grantu Narodowego Centrum Badań i Rozwoju „BRIdge Alfa”.


« powrót do artykułu

Share this post


Link to post
Share on other sites

Create an account or sign in to comment

You need to be a member in order to leave a comment

Create an account

Sign up for a new account in our community. It's easy!

Register a new account

Sign in

Already have an account? Sign in here.

Sign In Now
Sign in to follow this  

  • Similar Content

    • By KopalniaWiedzy.pl
      By zbadać za pomocą glukometru paskowego poziom cukru we krwi, trzeba sobie nakłuć palec. Z najnowszych doniesień wynika jednak, że już wkrótce kroplę krwi może zastąpić łza. Raport zespołu Marka Meyerhoffa z University of Michigan na ten temat ukazał się w piśmie Analytical Chemistry.
      Testując elektrochemiczny czujnik na królikach, Amerykanie wykazali, że poziom cukru we łzach odpowiada poziomowi we krwi. Naukowcy podkreślają, że diabetycy stanowią ok. 5% światowej populacji. Na dodatek przez epidemię otyłości liczba chorych rośnie. Dla niektórych ludzi nakłuwanie palca jest na tyle przykrym doświadczeniem, że zniechęca ich to do regularnego badania. Nikomu nie trzeba zaś chyba mówić, jak poważne mogą być konsekwencje nieleczonej cukrzycy. "Łzawe" rozwiązanie może więc uratować komuś zdrowie, a nawet życie.
      Na razie akademicy nie ujawnili, czy i ewentualnie kiedy należy się spodziewać komercjalizacji urządzenia, choć wniosek patentowy został już złożony. Skoro ludzie boją się igieł, mimo wszystko nie wiadomo, jak zareagują na nowe urządzenie, które zawiera podobne z wyglądu elementy. W opracowaniu Qinyi Yan, członkini zespołu prof. Meyerhoffa, znalazła się bowiem wzmianka, że amperometryczny czujnik połączono tu z rurką kapilarną o średnicy 0,84 mm, za której pomocą zbiera się 4-5 mikrolitrów (μL) płynu łzowego.
      Ekipa przeprowadziła 2 oddzielne eksperymenty. Objęły one 12 królików. Poziom glukozy we łzach i krwi mierzono co pół godziny. Na czas 8 godzin zwierzęta poddawano znieczuleniu.
      Amerykanie ujawnili, że czujnik wykazuje wysoką wybiórczość w stosunku do glukozy, pomijając wpływ potencjalnie zaburzających związków, takich jak kwas moczowy i askorbinowy. Co istotne, jest on w stanie wykryć stężenia glukozy rzędu 1,5 mikromola (μM).
      Jako ciekawostkę Yan podaje fakt, że pomysł, by zastąpić krew łzami, narodził się już w latach 50. ubiegłego wieku. Absolwentka chińskiego Nanjing University zaznacza, że po ustaleniu, że stężenia glukozy w łzach i krwi sobie odpowiadają, przed wdrożeniem tego rozwiązania u ludzi trzeba znaleźć sposób na zbieranie płynu łzowego bez stymulacji. Zwiększenie produkcji łez rozcieńczyłoby roztwór, obniżając naturalny poziom cukru. Pozyskując materiał do badań, nie można by też naruszać naczyń kapilarnych oka, ponieważ stężenie glukozy byłoby z kolei znacznie wyższe od oryginalnego.
    • By KopalniaWiedzy.pl
      Nie tak dawno pisaliśmy o miniaturowym ciśnieniomierzu, który swobodnie mieści się we wnętrzu tętnicy udowej. Tym razem badacze z Uniwersytetu Purdue proponują nanotechnologiczny implant pozwalający na pomiar innego ważnego parametru - poziomu glukozy we krwi.
      Urządzenie wykorzystuje niezwykle wysokie przewodnictwo elektryczne węglowych nanorurek oraz tzw. biokompatybilność złota, czyli brak zdolności organizmu do jego wykrycia i uruchomienia reakcji immunologicznej. Jak twierdzą autorzy prototypu, pozwala on na osiągnięcie precyzji pomiaru niespotykanej dotąd w urządzeniach o podobnym stopniu miniaturyzacji.
      Produkcja układu zachodzi w kilku etapach. Wyjściowym materiałem do jego wytwarzania jest bloczek wykonany z glinu posiadający wyjątkową, porowatą strukturę, powstający na warstewce tytanu. Kolejny proces polega na wytworzeniu ultraczystych, cienkościennych węglowych nanorurek (cienkie granatowe linie biegnące w poprzek obrazka), które "wyrastają" z pokrytego tytanem dna porów na powierzchnię kanalików.
      Do powstającej sieci nanorurek przykłada się napięcie, które umożliwia odkładanie się metalu - palladu, które tworzą miniaturowe kryształy na powierzchni sensora (są to widoczne na zdjęciu żółte struktury o kostkowatym kształcie) oraz wewnątrz kanalików. Na jego powierzchni jest z kolei odkładane złoto, które służy jako biokompatybilna baza dla elementu wykrywającego bezpośrednio poziom glukozy.
      Ostatnią warstwę, przyłączoną do powierzchni czujnika, stanowi enzym - oksydaza glukozy. Przeprowadza ona rozkład glukozy do kwasu glukonowego i nadtlenku wodoru (wody utlenionej). Ta ostatnia rozpada się błyskawicznie z wytworzeniem tlenu oraz dwóch rodzajów jonów: kationów wodorowych H+ oraz anionu tlenowego O2-.
      Wytworzone jony posiadają ładunek elektryczny, więc ich wytwarzanie objawia się jako zmiana napięcia elektrycznego mierzonego na elektrodach wchodzących w skład urządzenia. To właśnie ilość powstających jonów służy do oceny stężenia glukozy znajdującej się w badanym roztworze.
      Jak twierdzą badacze z Uniwersytetu Purdue, ich wynalazek jest w stanie wykryć glukozę o stężeniu aż pięciokrotnie niższym, niż inne miniaturowe detektory. Co więcej, urządzenie jest tak małe (najmniejsza jego wersja ma wymiary 0,5 x 0,5 mm), że możliwe jest instalowanie go we wnętrzu naczyń krwionośnych. Teoretycznie umożliwia to wykonywanie pomiarów stężenia cukru w róznych miejscach ciała i w różnych typach naczyń krwionośnych, dzięki czemu ocena stanu zdrowia cukrzyka mogłaby być znacznie bardziej wnikliwa, niż obecnie.
      Konstrukcja sensora jest wysoce uniwersalna i pozwala na przyłączenie różnych enzymów, które mogłyby wykrywać wiele rodzajów substancji obecnych w krwi czy dowolnym innym roztworze. Potencjalne zastosowanie dla podobnych platform jest więc niemal nieograniczone. Wcześniej konieczne będzie jednak ich przetestowanie i dopuszczenie do użytku, co może zająć nawet kilka lat.
    • By KopalniaWiedzy.pl
      Chorzy na cukrzycę muszą kilkukrotnie w ciągu dnia mierzyć poziom cukru we krwi. Używają do tego celu glukometrów oraz igieł, którymi nakłuwają palce. Czasami proces ten bywa bolesny i istnieją osoby, które z obawy przed bólem zbyt rzadko korzystają z glukometrów.
      Uczeni z Baylor University w Waco w stanie Texas opracowali urządzenie, które nie wymaga przebijania skóry. Nowy glukometr mierzy poziom cukru za pomocą fal elektromagnetycznych. Jego twórcy twierdzą, że sprawnością dorównuje tradycyjnym glukometrom.
      Jest na tyle dokładny, że na podstawie jego wskazań można podejmować decyzje dotyczące wstrzyknięcia insuliny. Taki był nasz cel. Nie chodzi tutaj o zmierzenie poziomu cukru z dokładnością do jednej części na miliard, ale wyprodukowanie urządzenia, które może zostać wykorzystane do podejmowania decyzji przez chorych - mówi profesor Randall Jean, jeden z twórców elektromagnetycznego glukometru.
      Dotychczas w USA Federalna Agencja Żywności i Leków zaakceptowała jeden nieinwazyjny monitor glukozy. Zakładane na rękę urządzenie firmy Cygnus wykorzystywało prąd elektryczny do pomiaru poziomu cukru we krwi. Powodowało jednak podrażnienia skóry i jego produkcja została zarzucona.
      Twórcy nowego glukometru mówią, że w tym przypadku nie będzie takich problemów. Chory kładzie palec na czujniku, a właściwości elektryczne palca zmieniają się w miarę jak prąd przepływa przez czujnik. Po wielu badaniach naukowcy znaleźli wzorzec właściwości elektrycznych palca, odpowiadający różnemu poziomowi glukozy. Profesor Jean wyjaśnia, że czujnik nie reaguje na samą glukozę, ale na zbiorcze właściwości krwi, mięśni, tłuszczu, skóry i glukozy.
      Na razie urządzenie znajduje się we wczesnej fazie rozwoju i przeszło 15 różnych testów z udziałem 5 ochotników. Uzyskane w ten sposób dane były wprowadzane do komputera. Znajdowały się tam też uzyskane za pomocą tradycyjnych metod informacje dotyczące poziomu cukru we krwi. Komputer porównywał te dane szukając wzorców we wskazaniach elektromagnetycznego glukometru dla różnych zawartości cukru.
      Twórcy nowego glukometru zauważyli, że u pacjentów z normalnym poziomem cukru miał on tendencję do jego lekkiego zawyżania.
      W ciągu najbliższych kilku miesięcy naukowcy chcą przetestować swój glukometr u pacjentów ze Scott and White Hospital, którzy mają niezwykle wysokie poziomy cukru.
    • By KopalniaWiedzy.pl
      Naukowcy pracują właśnie nad urządzeniem wykorzystującym łzy do pomiaru stężenia cukru we krwi, co pozwoliłoby diabetykom zapomnieć o konieczności codziennego kłucia i glukometrach.
      Mam nadzieję, że w ciągu 2-3 lat zbudujemy prototypy i pewnego dnia ludzie będą mogli pójść do sklepu spożywczego i zbadać swój cukier, tak jak dzisiaj wykonuje się pomiary ciśnienia krwi — mówi szef projektu Florencio Hernandez z University of Central Florida.
      Test bazuje na roztworze soli złota, z którego kiedy zostanie poddany działaniu cukru, wytrącają się wykrywalne nanocząsteczki złota. Glukoza może pochodzić z krwi, moczu lub łez, lecz te ostatnie są najlepsze, uważa Hernandez.
      Ilość nanocząsteczek złota jest bezpośrednio związana ze stężeniem glukozy i może być mierzona za pomocą instrumentu wielkości płyty CD, nazywanego UV-Vis spektrofotometrem.
      Można zaobserwować reakcję chemiczną między złotem a cukrem: w zależności od stężenia glukozy, roztwór zmienia kolor ze świetlistego różowego na krwistoczerwony.
      Łzy do badań będą uzyskiwane wskutek drażnienia gruczołów łzowych substancjami lotnymi. Nie wolno wpuszczać do oczu kropli, ponieważ może to zmienić stężenie glukozy, które zamierzamy ocenić — powiedział LiveScience Hernandez.
      Taki test będzie nie tylko bezbolesny, ale także pozwoli wykryć rosnący poziom cukru we krwi na długo przed tym, nim dana osoba poszłaby do lekarza, by zbadać, czy nie choruje na cukrzycę. Nowa metoda przyda się także kobietom w ciąży, narażonym na cukrzycę ciążową.
      Badaczom zależało, by opracować metodę zapobiegania chorobie, identyfikowania jej, zanim poczyni poważne szkody.
      Hernandez zaprezentował uzyskane wyniki na dorocznym spotkaniu Amerykańskiego Stowarzyszenia Chemicznego.
×
×
  • Create New...