Diabeet on levinud krooniline haigus, millel on märkimisväärsed riskid. Olemasolev FDA{1}}kinnitatud pidev glükoosimonitooringu (CGM) tehnoloogia implanteeritavate elektroodidega on pikkade elektroodide tõttu altid kõrvalmõjudele, nagu valu ja infektsioon. Mikronõelaseadmed, mille nõelad on vaid mõnesajast mikromeetrist kuni mõne millimeetri pikkused, suudavad tungida läbi sarvkihi ilma veresooni või närve puudutamata, pakkudes valutute ja minimaalselt invasiivsete omaduste eeliseid. Samuti saavad nad kasutada massiive mitme analüüdi tuvastamiseks, pakkudes vahetumat ja täpsemat teavet interstitsiaalse vedeliku biokeemia kohta kui mitteinvasiivsed tehnoloogiad.
Kliinilised uuringud on näidanud, et mitme biokeemilise markeri jälgimine on diabeedi hindamisel ülioluline. Glükoosi homöostaasi häired võivad mõjutada elektrolüütide kontsentratsiooni ja happe{1}}aluse tasakaalu. Metaboolsed markerid nagu kusihape ja kolesterool on samuti tihedalt seotud diabeedi ja selle tüsistustega. Näiteks võib kõrgenenud kusihappesisaldus suurendada diabeetilise nefropaatia või II tüüpi diabeedi riski. Mitteinvasiivsed seiretehnoloogiad on allutatud keskkonnateguritele ja neil on raskusi analüütide tegeliku kontsentratsiooni kajastamisega nahaaluses vedelikus või veres. Minimaalselt invasiivsed andurid seisavad silmitsi selliste väljakutsetega nagu keeruline töötlemine, raskused keerukates keskkondades, ebastabiilsed pikaajalised{8}}seiresignaalid ja traditsiooniliste kalibreerimismeetoditega seotud riskid.
Sel eesmärgil töötas uurimisrühm välja isekalibreeriva-multipleksitud mikronõelelektroodide massiivi (SC-MMNEA), mis suudab reaalajas ja kohapeal jälgida üheksat bioloogilist analüüti, sealhulgas glükoosi ja kolesterooli. Süsteem, mis on inspireeritud kasside keele nõeltest-ja mitmest maitsepungast, koosneb mitme-analüüdi mikronõela massiivi andurist, isekalibreerimismoodulist ja elektroonilise vooluringi moodulist. Iga mikronõel on suunatud konkreetsele analüüdile ning mikronõelte arvu ja funktsiooni saab paindlikult kujundada, võimaldades kohandatud testimist.
SC-MMNEA pakub olulisi eeliseid: esiteks on see vähem invasiivne ja valutu kui traditsioonilised siirdatavad testimismeetodid; teiseks kasutab see rida diskreetseid mikronõelu, vältides otsesest keemilisest modifitseerimisest põhjustatud läbirääkimisi; kolmandaks saab mikronõelasid paindlikult kombineerida, et rahuldada mitme parameetriga testimise vajadusi; neljandaks suudab see interstitsiaalses vedelikus in situ selektiivselt tuvastada mitut analüüti; ja viiendaks, selle isekalibreerimismoodul välistab vajaduse invasiivse vereproovi võtmise järele, lahendades traditsiooniliste CGM-ide kalibreerimise väljakutsed.
Toimivuse parandamiseks modifitseeritakse mikronõelad esmalt süsinik-nanotorudega (CNT) ja seejärel kaetakse polü(3,4-etüleendioksütiofeen):polüstüreensulfonaadiga (PEDOT:PSS), et moodustada nanokomposiit, mida seejärel muudetakse erinevateks funktsionaalseteks elektroodideks. Metaboliidid ja reaktiivsed hapniku liigid tuvastatakse ensüümelektroodide abil amperomeetria abil, ioonid aga ioonselektiivse membraani abil. In vitro testimise ajal kasutatakse naha sarvkihi simuleerimiseks tihendusmembraani ja mikronõelad tungivad läbi membraani, et tuvastada analüüdi kontsentratsiooni.
Ise{0}}kalibreerimismoodul süstib õõnsate mikronõelte kaudu interstitsiaalsesse vedelikku teadaoleva kontsentratsiooniga standardlahuse. Külgnevad mikronõelelektroodid mõõdavad kontsentratsiooni, luues signaali{2}}kontsentratsiooni seose. Signaalide kalibreerimiseks muudel ajahetkedel ja mõõdetud kontsentratsiooni korrigeerimiseks luuakse standardkõver. Vearuudustiku analüüs näitas, et glükoosi ja kolesterooli mõõtmisvead pärast enesekalibreerimist olid vastavalt 11,33±8,24% ja 9,43±8,37%, mis mõlemad vastasid kliinilistele nõuetele; ka indikaatorite nagu laktaadi ja kusihappe vead vähenesid pärast kalibreerimist oluliselt ning andmete täpsus oli kõrge.
SC-MMNEA, mis on valideeritud COMSOLi simulatsioonide, in vitro katsete ja rotimudelitega, suudab pidevalt registreerida mitme analüüdi kontsentratsioone reaalajas. Selle isekalibreerimise funktsioon{2}}on lahendab pikaajalise-implanteerimise täpsuse vähenemise. Kasutades hübriidset tootmisstrateegiat, on mikronõelelektroodid vahetatavad, mis võib laiendada nende võimalusi täiendavate molekulide tuvastamiseks. Seadet tuleb siiski hoida madalal-temperatuuril, lämmastiku-rikkas keskkonnas ning see on mõeldud ühekordseks-kasutamiseks. Edaspidine töö nõuab tööstusliku tootmise jaoks anduri partii konsistentsi ja katte ühtluse optimeerimist.
Võrreldes traditsiooniliste veresuhkru testribade ja ühefunktsiooniliste CGM-idega, saab SC-MMNEA reaalajas jälgida mitut biokeemilist näitajat, andes põhjaliku hinnangu diabeedihaigete tervise ja füsioloogilise seisundi kohta. Sellel on potentsiaal edendada kantavate diagnostikaseadmete kasutamist kehas leiduvate keemiliste ainete pikaajaliseks jälgimiseks-.