En la actualidad, en Estados Unidos no se comercializan dispositivos de control de la glucosa no invasivos, por lo que las personas con diabetes deben recoger muestras de sangre o utilizar sensores incrustados bajo la piel para medir sus niveles de azúcar en sangre. Ahora, con un nuevo dispositivo portátil creado por investigadores de Penn State, la monitorización de la glucosa menos intrusiva podría convertirse en la norma.
Dirigidos por Huanyu "Larry" Cheng, catedrático de desarrollo profesional Dorothy Quiggle en el Departamento de Ciencias de la Ingeniería y Mecánica de Penn State, los investigadores publicaron los detalles del sensor no invasivo y de bajo coste que puede detectar la glucosa en el sudor en Biosensors and Bioelectronics "Laser-induced graphene non-enzymatic glucose sensors for on-body measurements".
Los investigadores construyeron el dispositivo primero con grafeno inducido por láser (LIG), un material formado por capas de carbono de grosor atómico con diversas formas. Con una alta conductividad eléctrica y un cómodo tiempo de fabricación de sólo unos segundos, el LIG parecía ser un marco ideal para el dispositivo sensor, pero había una advertencia importante. "El reto es que la LIG no es en absoluto sensible a la glucosa", explica Cheng. "Así que necesitábamos depositar un material sensible a la glucosa sobre el LIG".
El equipo eligió el níquel por su gran sensibilidad a la glucosa, según Cheng, y lo combinó con el oro para reducir los riesgos potenciales de una reacción alérgica. Los investigadores plantearon la hipótesis de que el LIG equipado con la aleación de níquel y oro sería capaz de detectar bajas concentraciones de glucosa en el sudor en la superficie de la piel.
Un material con alta sensibilidad a la glucosa era una prioridad. El sudor presenta 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 en la sangre. Aunque la concentración de glucosa en el sudor es unas 100 veces menor que la de la sangre, el dispositivo del equipo es lo suficientemente sensible como para medir con precisión la glucosa en el sudor y reflejar la concentración en la sangre.
La sensibilidad de la aleación de níquel y oro permitió al equipo de Cheng excluir las enzimas, que suelen utilizarse para medir la glucosa en dispositivos comerciales más invasivos o en monitores no invasivos propuestos por otros investigadores. Estas enzimas, sin embargo, pueden degradarse rápidamente con el tiempo y los cambios de temperatura.
"Un sensor enzimático tiene que mantenerse a una temperatura y un pH determinados, y la enzima no puede almacenarse a largo plazo", explica Cheng. "Un sensor de glucosa no enzimático, en cambio, es ventajoso en términos de rendimiento estable y sensibilidad a la glucosa independientemente de estos cambios".
Los sensores no enzimáticos requieren una solución alcalina, que puede dañar la piel y suele limitar la capacidad de uso del dispositivo. Para frenar este problema, Cheng y su equipo acoplaron una cámara microfluídica a la aleación LIG. Esta cámara es más pequeña que las configuraciones desarrolladas anteriormente para favorecer la portabilidad y es porosa para permitir una serie de movimientos, como el estiramiento o el aplastamiento. Está conectada a una entrada de recogida que pasa el sudor a la solución sin permitir que ésta toque la piel. La solución básica interactúa con las moléculas de glucosa para producir un compuesto que reacciona con la aleación. Esta reacción desencadena una señal eléctrica que indica la concentración de glucosa en el sudor.
Con una cámara de solución alcalina más pequeña, todo el dispositivo tiene el tamaño aproximado de una moneda de 25 centavos y es lo suficientemente flexible como para mantener una fijación segura al cuerpo humano, dijo Cheng.
En una prueba de concepto, los investigadores utilizaron un adhesivo seguro para la piel para fijar el dispositivo reutilizable al brazo de una persona una hora y tres horas después de una comida. El sujeto realizó una breve sesión de ejercicio -lo suficiente para producir sudor- justo antes de cada medición. Unos minutos después de recoger el sudor, los investigadores comprobaron que la concentración de glucosa detectada descendía de la primera medición a la siguiente. Las mediciones de glucosa del dispositivo se verificaron con mediciones realizadas con un monitor de glucosa disponible en el mercado.
Cheng y su equipo planean mejorar su prototipo para futuras aplicaciones, incluyendo la forma en que los pacientes o los médicos pueden utilizar el sensor para las mediciones incrementales de glucosa o la monitorización continua para determinar las acciones de tratamiento, como la administración de insulina. También pretenden perfeccionar y ampliar esta plataforma para monitorizar de forma más cómoda otros biomarcadores que pueden encontrarse en el sudor o en los fluidos intersticiales que llenan el espacio entre las células del cuerpo.
"Queremos trabajar con los médicos y otros profesionales de la salud para ver cómo podemos aplicar esta tecnología para el seguimiento diario de un paciente", dijo Cheng. "Este sensor de glucosa sirve de ejemplo fundacional para demostrar que podemos mejorar la detección de biomarcadores en el sudor a concentraciones extremadamente bajas".
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