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Der mit dem Laser gemessene Blutzucker kann Nadelstiche beseitigen
Forscher arbeiten an einer Möglichkeit, Laser-Technologie zu verwenden, um Blutzucker nicht-invasiv zu messen. Während es noch einen Weg zu gehen gibt, bevor sie ein tragbares und für den Heimgebrauch geeignetes Lasergerät haben, glauben sie eines Tages, dass es die Notwendigkeit für Diabetiker ersetzen wird, Blut zu ziehen, um ihren Blutzuckerspiegel zu testen.
In der Zeitschrift Biomedizinische Optik Expressbeschreibt das Team von Elektroingenieuren von der Princeton University, NJ, wie sie ihren Prototyp zum Messen von Blutzucker verwendeten, indem sie den Laser auf die Handfläche einer Person lenkten.
Seniorautorin Claire Gmachl, Professorin für Elektrotechnik an der University of Princeton in Eugene Higgins, sagt:
"Mit dieser Arbeit hoffen wir, das Leben vieler Diabetes-Patienten, die auf eine häufige Blutzuckerüberwachung angewiesen sind, zu verbessern."
Der Laserstrahl dringt in die Haut ein und wird von Glukose absorbiert
Das Gerät sendet einen Laserstrahl durch die Hautzellen - ohne Schaden zu verursachen -, um von Zuckermolekülen absorbiert zu werden. Ziel ist nicht der Blutzucker als solcher, sondern der Zuckergehalt der dermalen interstitiellen Flüssigkeit, der stark mit dem Blutzucker korreliert.
Der neue Monitor verwendet einen Laser anstelle einer Blutprobe, um den Blutzuckerspiegel abzulesen. Der Laser wird auf die Handfläche der Person gerichtet, passiert Hautzellen und wird teilweise von Zuckermolekülen absorbiert, so dass die Forscher den Blutzuckerspiegel berechnen können.
Bildnachweis: Princeton
Die Absorptionsmenge des Laserstrahls ist somit ein Indikator für die Menge an Glucose im Blut.
Das Team war überrascht, wie genau die Messwerte waren. Aktuelle Glukosemonitore, die von Patienten zu Hause verwendet werden, müssen Werte innerhalb von 20% des tatsächlichen Blutspiegels des Patienten anzeigen.
Hauptautor Sabbir Liakat, ein Doktorand in Elektrotechnik, sagt, dass sogar ihre frühe Version des Lasersystems diese Anforderung erfüllte und die neueste Version 84% genau ist.
Die Herausforderung besteht nun darin, die Technologie zu verbessern - und nicht zuletzt den Umfang zu reduzieren.
Als sie anfingen, an der Idee zu arbeiten, umfasste das Gerät einen durchschnittlichen Labortisch und benötigte ein durchdachtes System, um es kühl zu halten.
Prof. Gmachl sagt, dass sie das Kühlproblem gelöst haben - das System funktioniert jetzt bei Raumtemperatur -, aber sie müssen noch herausfinden, wie sie die Technologie kleiner machen können.
Sie haben sich zum Ziel gesetzt, ein mobiles Gerät zu entwickeln, das sie zu Kliniken bringen und mehr Tests durchführen und größere Datenmengen sammeln können.
Das Gerät verwendet einen "Quantenkaskadenlaser", um Licht im mittleren Infrarotbereich zu erzeugen
Das System verwendet Infrarot-Laserlicht, das direkt hinter dem für das menschliche Auge sichtbaren Spektrum liegt. Medizinprodukte verwenden derzeit Nahinfrarot, ein Band, das etwas längere Wellenlängen aufweist als das Rot, das das menschliche Auge sehen kann. Nahinfrarot wird nicht durch Wasser blockiert und kann daher im Körper verwendet werden.
Der Quantenkaskadenlaser ermöglicht es dem Team, die Frequenz auszuwählen, die sie im mittleren Infrarotbereich benötigen, und auch aufgrund der jüngsten Verbesserungen in der Technologie bietet es die erhöhte Leistung und Stabilität, die benötigt wird, um die Haut zu durchdringen.
Bildnachweis: Princeton
Aber nahes Infrarot interagiert nicht mit Chemikalien in der Haut - dafür muss man sich zu etwas längeren Wellenlängen im mittleren Infrarotbereich bewegen. Bei dieser Wellenlänge wird das Laserlicht von Blutzucker absorbiert und wird nicht viel durch andere Chemikalien in der Haut beeinflusst.
Laserlicht im mittleren Infrarotbereich ist jedoch schwieriger mit Standardlasern nutzbar zu machen, und es erfordert auch eine höhere Leistung und Stabilität, damit der Strahl in die Haut eindringen und Körperflüssigkeit abstreuen kann.
Aber wie es manchmal in Projekten passiert, wo Menschen unermüdlich arbeiten, um ihre Ziele zu erreichen - es gab einen Durchbruch. Dies kam, als sie eine neue Art von Gerät namens "Quantenkaskadenlaser" ausprobierten.'
Der Quantenkaskadenlaser ermöglicht es dem Team, die Frequenz auszuwählen, die sie im mittleren Infrarotbereich benötigen, und auch aufgrund der jüngsten Verbesserungen in der Technologie bietet es die erhöhte Leistung und Stabilität, die benötigt wird, um die Haut zu durchdringen.
Kleine Studie zeigt, dass durchschnittliche Messwerte die erforderliche klinische Genauigkeit erfüllen
In ihrer Studie beschreiben sie, wie sie den Blutzucker von drei gesunden Probanden gemessen haben, bevor und nachdem sie jeweils 20 Jellybeans gegessen haben. Mit dem konventionellen Finger-Prick-Test haben die Forscher den daraus resultierenden Anstieg des Blutzuckers gemessen.
Das Team wiederholte das Experiment und führte mehrere Wochen lang Messungen durch. Die Ergebnisse zeigten, dass die durchschnittlichen Messwerte der Laservorrichtung zwar größere Fehler aufwiesen als bei Standard-Blutzuckerüberwachungsgeräten, dass sie jedoch innerhalb des für die klinische Genauigkeit erforderlichen Bereichs lagen.
Das Team ist begeistert von dem Potenzial, das ihre Entdeckung bietet, denn, wie Prof. Gmachl erklärt, "der Quantenkaskadenlaser kann Licht über einen sehr breiten Wellenlängenbereich emittieren, seine Verwendbarkeit ist nicht nur für die Glukosedetektion, sondern denkbar für andere medizinische Sensor- und Überwachungsanwendungen. "
Die National Science Foundation, die Wendy und Eric Schmidt Stiftung, Daylight Solutions Inc. und Opto-Knowledge Systems halfen, die Studie zu finanzieren.
Vor kurzem, Medizinische Nachrichten heute lernte auch, wie die Entdeckung eines Glukosesensors im Gehirn zu neuen Diabetesbehandlungen führen kann.
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