23 березня, 2025
Експериментальна неінвазивна методика дозволяє оцінити концентрацію глюкози в крові за допомогою звукових хвиль
Рівень глюкози в крові зазвичай вимірюють за допомогою інвазивних методів, наприклад, із використанням глюкометра. Проте люди, які хворіють на цукровий діабет, повинні перевіряти глікемію кілька разів на день, що незручно і збільшує ризики потенційних інфекцій. Нове дослідження, проведене інженерами Департаменту приладобудування та прикладної фізики Індійського наукового інституту, пропонує альтернативне рішення за допомогою техніки, яка називається фотоакустичним зондуванням.
Коли лазерний промінь потрапляє на біологічну тканину, структури організму поглинають світло, тому незначно нагріваються (менше 1 °C). Це змушує тканину розширюватися та звужуватися, створюючи коливання, які чутливі детектори можуть сприймати як ультразвукові хвилі. Різні молекули всередині тканини поглинають різну кількість падаючого світла, створюючи окремі «відбитки» у випромінюваних звукових хвилях. Важливо, що ця процедура не чинить жодного пошкодження на організм.
У своєму дослідженні команда вчених використала цей підхід для вимірювання концентрації глюкози. Науковці застосовували поляризоване світло – світлову хвилю, яка коливається лише в певному напрямку. Глюкоза є хіральною сполукою, тобто їй притаманна структурна асиметрія, яка змушує поляризоване світло змінювати орієнтацію коливань під час взаємодії з молекулою. Біоінженери виявили, що інтенсивність випромінюваних звукових хвиль змінюється під час взаємодії із глюкозою в розчині.
Глюкоза обертає поляризоване світло, і цей рух збільшується з концентрацією, що відображається на інтенсивності акустичного сигналу. Таким чином, вимірювання сили акустичного сигналу дозволило дослідникам оцінити концентрацію глюкози. Учені змогли визначити її у воді та сироватці крові, а також у шматочках тваринної тканини майже із клінічною точністю. Оскільки звукові хвилі не сильно розсіюються всередині тканини, інженери також змогли точно виміряти концентрацію глюкози на різних глибинах тканини.
Експериментатори також провели пілотне дослідження, у якому використовували налаштування датчика для відстеження глікемії здорового учасника до та після їжі протягом трьох днів. Результати вимірювання за допомогою звукових хвиль були такими ж, які і дані, отримані після аналізу крові стандартним методом. «Знайти правильну установку для проведення цього експерименту було дуже складно. Сьогодні лазерне джерело, яке ми використовуємо, має генерувати дуже малі наносекундні імпульси, тому воно дороге та громіздке. Нам потрібно зробити його більш компактним, щоб пристосувати для клінічного використання. Мої колеги по лабораторії вже почали над цим працювати», – ділиться планами на майбутнє Сваті Падманабхан, доктор філософії і головний керівник дослідження.
Джерело: https://www.science.org/doi/10.1126/sciadv.ado8012