Прозрачный датчик измерит уровень глюкозы в слезах больных диабетом

Американские и китайские ученые разработали прозрачный датчик для контактных линз, следящих за уровнем глюкозы в слезной жидкости людей с диабетом. Его планируется использовать в искусственной поджелудочной железе. Результаты работы опубликованы в журнале Nanoscale.

Мониторинг уровня глюкозы имеет критическое значение для пациентов с диабетом, которые нуждаются в регулярных инъекциях инсулина. В настоящее время он проводится с помощью глюкометров — приборов, определяющих уровень сахара в периферической крови. Их использование требует самостоятельного забора крови из прокола кожи и не позволяет проводить непрерывный мониторинг. Слежение за уровнем глюкозы в реальном времени является обязательным условием для работы «искусственной поджелудочной железы» — устройства, которое вводит инсулин (а иногда и его физиологический антагонист глюкагон) в соответствии с текущим уровнем сахара без участия пациента. Разработку подобных устройств сейчас ведут сразу несколько лабораторий, и надежный метод мониторинга глюкозы им крайне необходим.

Для создания подходящего датчика сотрудники Университета штата Орегон и Университета гражданской авиации Китая использовали технологию полевого транзистора из аморфного оксида индия, галлия и цинка (IGZO). С помощью коллоидной литографии и электрогидродинамической печати они сфабриковали из этого материала плоский транзистор, имеющий наноструктуру из шестиугольных ячеек. Такая структура обеспечивает значительно лучшие характеристики, чем плотный слой IGZO.

После этого транзистор сшили с ферментом глюкозооксидазой при помощи аминосилана. Фермент окисляет глюкозу в растворе (например, в слезной жидкости, где ее концентрация пропорциональна уровню в крови) с образованием глюконовой кислоты. Повышение кислотности раствора протонирует чувствительные к ней аминогруппы аминосилана, что, в свою очередь, меняет характеристики транзистора в соответствии с концентрацией глюкозы.

В ходе экспериментов новый датчик реагировал на изменения концентрации глюкозы в растворе чувствительностью до 10 микромоль на литр с задержкой не более чем в 10 секунд, чего вполне достаточно для клинических нужд. Поскольку глюкозооксидаза специфично реагирует только с глюкозой, добавление в раствор физиологических количеств аскорбиновой кислоты или парацетамола не давало помех в измерениях.

Такой датчик совершенно прозрачен и устойчив к действию слезной жидкости, что позволяет встраивать его в обычные контактные линзы. Как пишут ученые, разработанную технологию можно применять для изготовления датчиков к разнообразным биологически значимым молекулам.

Патент на контактные линзы для мониторинга уровня глюкозы недавно получила компания Google, которая ведет их разработку совместно с Novartis. Как следует из патентной заявки, в них будут установлены амперометрические датчики. По словам одного из авторов нынешней разработки Грега Хермэна (Greg Herman), такие датчики непрозрачны, то есть должны размещаться на периферии линзы, что ограничивает их размер, от чего, в свою очередь, снижается чувствительность. Устройство на основе полевого транзистора избавлено от этих недостатков.

Экспериментальные контактные линзы предназначены не только для диагностики, но и лечения. Так, недавно Гарвардский университет и Больница Маунт-Синай представили линзы для медленного высвобождения в конъюнктиву лекарственных средств, которые направлены на помощь больным глаукомой. Google помимо диагностического устройства запатентовала электронную линзу для коррекции зрения, которая вводится в глаз путем инъекции.

Олег Лищук