Les dispositifs non invasifs de surveillance du glucose ne sont actuellement pas disponibles dans le commerce aux États-Unis. Les personnes diabétiques doivent donc prélever des échantillons de sang ou utiliser des capteurs intégrés sous la peau pour mesurer leur taux de glycémie. Aujourd'hui, grâce à un nouveau dispositif portable créé par des chercheurs de l'État de Pennsylvanie, la surveillance moins intrusive du glucose pourrait devenir la norme.
Dirigés par Huanyu "Larry" Cheng, Dorothy Quiggle Career Development Professor au département des sciences de l'ingénierie et de la mécanique de Penn State, les chercheurs ont publié les détails du capteur non invasif et peu coûteux qui peut détecter le glucose dans la sueur dans Biosensors and Bioelectronics "Laser-induced graphene non-enzymatic glucose sensors for on-body measurements".
Les chercheurs ont d'abord construit le dispositif avec du graphène induit par laser (LIG), un matériau constitué de couches de carbone d'une épaisseur atomique et de formes variées. Avec une conductivité électrique élevée et un temps de fabrication de quelques secondes, le LIG semblait être une structure idéale pour le dispositif de détection, mais il y avait une réserve importante. "Le défi est que le LIG n'est pas du tout sensible au glucose", a déclaré Cheng. "Nous devions donc déposer un matériau sensible au glucose sur le LIG".
L'équipe a choisi le nickel en raison de sa forte sensibilité au glucose, selon Cheng, et l'a associé à l'or pour réduire les risques potentiels de réaction allergique. Les chercheurs ont émis l'hypothèse que le LIG équipé de l'alliage nickel-or serait capable de détecter de faibles concentrations de glucose dans la sueur à la surface de la peau.
Un matériau présentant une sensibilité élevée au glucose était une priorité. La sueur présente des concentrations de glucose remarquablement faibles par rapport au sang mais, selon Cheng, il existe une forte corrélation entre les niveaux de glucose dans la sueur et dans le sang. Bien que la concentration de glucose dans la sueur soit environ 100 fois inférieure à celle du sang, le dispositif de l'équipe est suffisamment sensible pour mesurer avec précision le glucose dans la sueur et refléter la concentration dans le sang.
La sensibilité de l'alliage nickel-or a permis à l'équipe de Cheng d'exclure les enzymes, qui sont souvent utilisées pour mesurer le glucose dans des dispositifs commerciaux plus invasifs ou dans des moniteurs non invasifs proposés par d'autres chercheurs. Ces enzymes, cependant, peuvent se dégrader rapidement avec le temps et les changements de température.
"Un capteur enzymatique doit être maintenu à une certaine température et à un certain pH, et l'enzyme ne peut pas être stockée à long terme", a déclaré Cheng. "Un capteur de glucose non enzymatique, en revanche, est avantageux en termes de stabilité des performances et de sensibilité au glucose, indépendamment de ces changements."
Les capteurs non enzymatiques nécessitent une solution alcaline, qui peut endommager la peau et limite généralement la possibilité de porter le dispositif. Pour remédier à ce problème, Cheng et son équipe ont fixé une chambre microfluidique à l'alliage LIG. Cette chambre est plus petite que les configurations précédemment développées pour favoriser la portabilité et est poreuse pour permettre une gamme de mouvements, comme l'étirement ou l'écrasement. Elle est reliée à une entrée de collecte qui fait passer la sueur dans la solution sans permettre à la solution de toucher la peau. La solution de base interagit avec les molécules de glucose pour produire un composé qui réagit avec l'alliage. Cette réaction déclenche un signal électrique, indiquant la concentration de glucose dans la sueur.
Avec une chambre de solution alcaline plus petite, l'ensemble du dispositif a à peu près la taille d'une pièce de 25 cents et est suffisamment flexible pour rester bien fixé au corps humain, a déclaré M. Cheng.
Lors d'un test de validation, les chercheurs ont utilisé un adhésif sans danger pour la peau pour fixer le dispositif réutilisable au bras d'une personne une heure et trois heures après un repas. Le sujet a effectué une brève séance d'entraînement - juste assez pour produire de la sueur - juste avant chaque mesure. Quelques minutes après avoir recueilli la sueur, les chercheurs ont constaté que la concentration de glucose détectée avait baissé entre la première mesure et la suivante. Les mesures de glucose effectuées par l'appareil ont été vérifiées par des mesures effectuées avec un glucomètre disponible dans le commerce.
Cheng et son équipe prévoient d'améliorer leur prototype en vue d'applications futures, et notamment d'étudier comment les patients ou les cliniciens pourraient utiliser le capteur pour des mesures incrémentielles du glucose ou une surveillance continue afin de déterminer les actions thérapeutiques, comme l'administration d'insuline. Ils ont également l'intention d'affiner et d'étendre cette plateforme pour une surveillance plus confortable d'autres biomarqueurs qui peuvent être trouvés dans la sueur ou les fluides interstitiels qui remplissent l'espace entre les cellules du corps.
"Nous voulons travailler avec des médecins et d'autres prestataires de soins de santé pour voir comment nous pouvons appliquer cette technologie pour la surveillance quotidienne d'un patient", a déclaré Cheng. "Ce capteur de glucose sert d'exemple fondateur pour montrer que nous pouvons améliorer la détection de biomarqueurs dans la sueur à des concentrations extrêmement faibles."
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