Bezbolestná technika může odhadnout koncentrace glukózy v roztoku a tkáni prostřednictvím zvukových vln

Glukóza v krvi se obvykle měří pomocí invazivních metod zahrnujících píchnutí malých jehel do kůže. Lidé trpící diabetem však musí mnohokrát denně testovat hladinu glukózy. Toto opakované použití jehel je nepohodlné a může zvýšit riziko potenciálních infekcí.

Nová studie vědců na Katedře instrumentace a aplikované fyziky (IAP), Indian Institute of Science (IISC), nabízí alternativní řešení technikou zvanou fotoakustické snímání.

Práce je Publikováno v časopise Pokroky vědy.

V této technice, když a laserový paprsek je září na biologické tkáni, tkáňové složky absorbují světlo a tkáň se mírně zahřívá (méně než 1 ° C). To způsobí, že se tkáň rozšiřuje a stahuje a vytváří vibrace, které lze vyzvednout jako Ultrazvukové zvukové vlny citlivými detektory. Různé materiály a molekuly uvnitř tkáně absorbují různá množství dopadajícího světla na různých vlnových délkách a vytvářejí jednotlivé „otisky prstů“ v emitovaných zvukových vlnách. Důležité je, že tento postup nepoškodí studovaný vzorek tkáně.

V současné studii tým využil tento přístup k měření koncentrace jedné molekuly, jmenovitě glukózy. Použili polarizované světlo—Vítelná vlna, která osciluje pouze specifickým směrem. Sluneční brýle například snižují oslnění blokováním světelných vln, které oscilují určitými směry.

Glukóza je chirální molekula, což znamená, že má inherentní strukturální asymetrii, která způsobuje, že polarizované světlo otáčí jeho orientaci oscilace, když interaguje s molekulou. Tým překvapivě zjistil, že intenzita emitovaných zvukových vln se změnila, když se změnila orientace polarizovaného světla interagujícího s glukózou v roztoku.

„Ve skutečnosti nevíme, proč se akustický signál mění, když měníme stav polarizace. Můžeme však navázat vztah mezi koncentrací glukózy a intenzitou akustického signálu na určité vlnové délce,“ vysvětluje Jaya Prakash, docentka v IAP a odpovídajícím autorem studie.

Glukóza otáčí polarizované světlo a rotace se zvyšuje s koncentrací, což se odráží v intenzitě akustického signálu. Proto měření síly akustického signálu umožnilo vědcům pracovat dozadu a odhadnout koncentraci glukózy.

Vědci byli schopni odhadnout koncentraci glukózy ve roztocích vody a séru, jakož i plátky zvířecí tkáně s téměř klinickou přesností. Byli také schopni měřit koncentraci glukózy v různých hloubkách v tkáni přesně.

„Pokud známe rychlost zvuku v této tkáni, můžeme použít data v časových řadách k mapování našich akustických signálů do hloubky, ve které pocházejí,“ vysvětluje Swathi Padmanabhan, Ph.D. Student a první autor příspěvku. Vzhledem k tomu, že zvukové vlny se příliš rozptýlí uvnitř tkáně, vědci byli schopni získat přesná měření v různých hloubkách tkání.

Tým také provedl a Pilotní studie ve kterém použili nastavení senzoru ke sledování Glukóza v krvi Koncentrace zdravého účastníka před a po jídle po dobu tří dnů.

„Nalezení správného nastavení pro tento experiment bylo velmi náročné. V současné době musí laserový zdroj, který používáme klinické použití. Moji laboratorní kamarádi na tom již začali pracovat, “říká Padmanabhan.

Autoři věří, že teoreticky může tato technika fungovat Chirální molekula změnou vlnové délky světla. Ve studii byli také schopni odhadnout koncentraci naproxenu – běžně používaného léčiva pro mírnou bolest a zánět – v roztoku ethanolu. Protože mnoho běžně používaných drog má chirální povahu, může taková technika mít rozsáhlé aplikace ve zdravotnictví a diagnostice.