La diabetis és una malaltia crònica freqüent amb riscos importants. La tecnologia actual de control continu de la glucosa (CGM) aprovada-la FDA amb elèctrodes implantables és propensa a efectes secundaris com ara dolor i infeccions a causa dels seus elèctrodes llargs. Els dispositius de microagulles, amb agulles que van des d'uns pocs centenars de micròmetres fins a uns quants mil·límetres de longitud, poden penetrar a l'estrat còrni sense tocar els vasos sanguinis ni els nervis, oferint els avantatges de ser indolors i mínimament invasius. També poden utilitzar matrius per detectar múltiples analits, proporcionant informació més directa i precisa sobre la bioquímica del fluid intersticial que les tecnologies no-invasives.
Els estudis clínics han demostrat que el seguiment de múltiples marcadors bioquímics és crucial per avaluar la diabetis. Les alteracions en l'homeòstasi de la glucosa poden afectar les concentracions d'electròlits i l'equilibri àcid-base. Els marcadors metabòlics com l'àcid úric i el colesterol també estan estretament associats amb la diabetis i les seves complicacions. Per exemple, els nivells elevats d'àcid úric poden augmentar el risc de nefropatia diabètica o diabetis tipus 2. Les tecnologies de monitorització no-invasives estan subjectes a interferències de factors ambientals i lluiten per reflectir la veritable concentració d'anàlits al líquid subcutani o a la sang. Els sensors mínimament invasius s'enfronten a reptes com ara processaments difícils, dificultats per a la supervisió en entorns complexos, senyals de monitorització inestables-a llarg termini i riscos associats als mètodes de calibratge tradicionals.
Amb aquesta finalitat, l'equip d'investigació va desenvolupar una matriu d'elèctrodes de microagulla multiplexada (SC-MMNEA) autocalibrable, que pot controlar nou analits biològics, inclosos la glucosa i el colesterol, en temps real i in situ. Inspirat en l'agulla-com les punxes i les múltiples papil·les gustatives de la llengua felina, el sistema consta d'un sensor de matriu de microagulles multi{-analit, un mòdul d'auto-calibració i un mòdul de circuit electrònic. Cada microagulla està dirigida a un analit específic, i el nombre i la funció de les microagulles es poden dissenyar de manera flexible, permetent proves personalitzades.
SC-MMNEA ofereix avantatges importants: en primer lloc, és menys invasiu i indolor que els mètodes de prova implantables tradicionals; segon, utilitza una sèrie de microagulles discretes, evitant la diafonia causada per la modificació química directa; en tercer lloc, les microagulles es poden combinar de manera flexible per satisfer les necessitats de proves multi-paràmetres; quart, pot detectar selectivament múltiples analits en líquid intersticial in situ; i en cinquè lloc, el seu mòdul d'auto-calibració elimina la necessitat de fer mostres de sang invasives, abordant els reptes de calibratge dels CGM tradicionals.
Per millorar el rendiment, primer es modifiquen les microagulles amb nanotubs de carboni (CNT) i després es recobreixen amb poli(3,4-etilendioxitiofen): poliestirensulfonat (PEDOT:PSS) per formar un nanocompost, que després es modifica en diversos elèctrodes funcionals. Els metabòlits i les espècies reactives d'oxigen es detecten mitjançant elèctrodes enzimàtics mitjançant amperometria, mentre que els ions es detecten mitjançant una membrana selectiva d'ions. Durant les proves in vitro, s'utilitza una membrana de segellat per simular l'estrat còrni de la pell i les microagulles penetren la membrana per detectar concentracions d'analit.
El mòdul d'auto{0}}calibració injecta una solució estàndard de concentració coneguda al líquid intersticial a través de les microagulles buides. Els elèctrodes de microagulles adjacents mesuren la concentració, establint una relació de concentració-de senyal. Es genera una corba estàndard per calibrar els senyals en altres punts de temps i corregir la concentració mesurada. L'anàlisi de la graella d'errors va mostrar que els errors de mesura de la glucosa i el colesterol després de l'auto-calibració eren de l'11,33±8,24% i del 9,43±8,37%, respectivament, tots dos complint els requisits clínics; els errors d'indicadors com el lactat i l'àcid úric també es van reduir significativament després del calibratge i la precisió de les dades va ser alta.
SC-MMNEA, validat mitjançant simulacions COMSOL, experiments in vitro i models de rata, pot registrar contínuament les concentracions de múltiples analits en temps real. La seva funció d'auto-calibració aborda el problema de la disminució de la precisió amb la implantació-a llarg termini. Utilitzant una estratègia de fabricació híbrida, els elèctrodes de microagulla són reemplaçables, la qual cosa podria ampliar les seves capacitats per detectar molècules addicionals. No obstant això, el dispositiu s'ha d'emmagatzemar en un entorn ric-a baixa-temperatura i nitrogen i està dissenyat per a un sol-ús. El treball futur requerirà optimitzar la consistència del lot del sensor i la uniformitat del recobriment per a la producció industrial.
En comparació amb les tires reactivas de glucosa en sang tradicionals i els CGM d'una -funció, SC-MMNEA pot controlar diversos indicadors bioquímics en temps real, proporcionant avaluacions exhaustives de l'estat de salut i fisiològic dels pacients diabètics. Té el potencial de promoure l'aplicació de dispositius de diagnòstic portàtils per a la-vigilància a llarg termini de les substàncies químiques del cos.