ایمپلنتی جدید نظارت بر قند خون که با گلوکز شارژ می شود

16دسامبر 2019 - برای هر فرد مبتلا به دیابت، نظارت بر سطح قند خون یک دردسر روزمره است ، که معمولاً شامل خونگیری از انگشتان است. یک جایگزین در حال ظهور ممکن است دستگاه قابل کاشتی باشد که بتواند به طور خودکار سطح قند خون را کنترل کرده و در صورت نیاز به بیمار هشدار دهد، اما تامین نیرو برای این دستگاه ها همواره مشکل آفرین بوده است. هم اکنون یک نمونه ی اولیه از دستگاه نظارت بر قند خون قابل کاشت که از گلوکز موجود در مایعات بدن انرژی مورد نیاز خود را تامین می کند، طراحی شده است.

برای استفاده از دستگاه های قابل کاشت، مدتهاست که چالش نیروی محرکه وجود دارد، زیرا شما نمی توانید آن را از محل خود خارج کرده و مانند تلفن شارژر کنید. استفاده از باتری های طولانی مدت روش اصلی برای این دستگاه ها است، اما حتی اگر این باتریهای سالها دوام داشته باشند، در نهایت اغلب به جراحی برای تعویض آنها نیاز است. تیم های دیگر آزمایشاتی را با دستگاه های پوشیدنی انجام داده اند که شامل ایمپلنت هایی با قابلیت شارژ بی سیم از خارج از بدن و یا پچهای پوستی یکبار مصرف بودند که نظارت بر قند خون را بدون نیاز به نیروی اضافه انجام می دادند.

محققان دانشگاه علم و فناوری شاه عبدالله (KAUST) اکنون دستگاه جدیدی را تولید کرده اند که می تواند انرژی ذاتی را از محیط اطراف خود در بدن انسان بدست آورد. این راه حل نه تنها مسئله شارژ را مرتفع می کند، بلکه به معنای عدم استفاده از مواد سمی بالقوه در باتری ها است و از سوی دیگر نیازی به خارج نمودن دستگاه از بدن برای تعویض باتری ندارد.

دستگاه جدید، کاملاً از پلیمرهای زیست سازگار ساخته شده است و نه تنها گلوکز را حس می کند بلکه از طریق آن نیروی مورد نیاز خود را تامین می کند. این ایمپلنت از پلیمر نیمه هادی نوعn همراه با آنزیمی به نام گلوکز اکسیداز ساخته شده است. هنگامی که این آنزیم با گلوکز در محیط اطراف خود واکنش می دهد، الکترون ها را از آن استخراج می کند و سپس آنها را به پلیمر شاتل می کند. این کار می تواند برای سنجش سطح گلوکز در مایعاتی مانند بزاق استفاده شود.

همین پلیمر، همچنین به عنوان آند در یک سلول سوختی عمل می کند. هنگامی که با یک کاتد ساخته شده از پلیمر دیگر همراه می شود، انرژی شیمیایی حاصل از گلوکز و اکسیژن را به نیروی الکتریکی برای تامین نیروی خود تبدیل می کند.

طرح های مشابه قبلی برای انتقال الکترون ها از آنزیم به پلیمر به نوعی ماده واسطه نیاز داشتند که عوارضی را بهمراه داشت. خوشبختانه ، طراحی جدید به هیچ وجه به آنها احتیاج ندارد.دکتر David Ohayon، نویسنده اول این مطالعه می گوید: این واسطه ها غالباً سمی هستند و باید بر روی سطح الکترود تثبیت شوند که مانع از کوچک سازی دستگاه می شود و طول عمر دستگاه را کوتاه می کند. به نظر می رسد که پلیمر ما قادر است میزبان آنزیم باشد و ایجاد یک ارتباط الکتریکی کارآمد را بین مرکز فعال و ستون فقرات پلیمر، امکان پذیر می کند.

این تیم می گوید که این سیستم می تواند غلظتی از گلوکز را که معمولاً در بدن انسان وجود دارد، سنجش کند. همچنین مشخص شد که این سیستم به اندازه کافی پایدار است و بیش از 30 روز دوام دارد. البته این مدت زمان برای یک ایمپلنت چندان طولانی نیست زیرا شما نمی خواهید هر ماه مجبور به تعویض آن باشید، اما برای تعیین چگونگی کاربرد این ایده باید تحقیقات بیشتری انجام شود. در حال حاضر، این یک اثبات مفهومی است.

دکتر Sahika Inal، محقق اصلی این تحقیق می گوید: این سلول سوختی اولین نمونه از دستگاه تولید انرژی الکتریکی کاملاً پلاستیکی و مبتنی بر آنزیم است که در محیطی فیزیولوژیک قادر به کار است. سنجش ​​گلوکز و تولید برق تنها دو نمونه از برنامه های کاربردی احتمالی در هنگام ارتباط یک پلیمر مصنوعی با یک آنزیم کاتالیزوری مانند گلوکز اکسیداز است. هدف اصلی ما نشان دادن کاربردهای جدید و چند کاره ی شیمیایی این کلاس ویژه از پلیمرهای مقاوم در برابر آب با هدایت مختلط (یونی و الکترونیکی) بود.

این تحقیق در ژورنال Nature Material منتشر شده است.

منبع:

https://newatlas.com/medical/glucose-implant-diabetics-powered/