НОУ ІНТУЇТ | лекція | Вольтамперометрические і хроноамперометріческіе сенсори. Приклади інтелектуальних електрохімічних сенсорів

17.3.5. Інтелектуальні електрохімічні глюкометри

За даними Всесвітньої організації охорони здоров'я зараз в світі зареєстровано до 200 млн. Людей, хворих на цукровий діабет. Тому з інтелектуальних електрохімічних сенсорів найбільш відомі як раз глюкометри - сенсори для вимірювання концентрації глюкози в крові людини. Офіційно атестовані і випускаються вже десятки типів портативних електрохімічних глюкометрів [ [190] ], Які вимагають для вимірювання крапельку крові об'ємом менше 1 мкл. Один з них - глюкометр "FreeStyle", який є за принципом своєї дії кулонометріческім електрохімічним сенсором і розрахований на роботу з одноразовими тестовими смужками - вже описаний в "Хімічно чутливі польові транзистори і біосенсори на їх основі. Кондуктометрические і амперометричні сенсори" .

Менш відомими є портативні інтелектуальні електрохімічні сенсори, призначені для безперервного моніторингу рівня глюкози в крові людини. Опишемо коротко один з них - глюкосенсор "CGMS System Gold "Фірми Medtronic MiniMed [ http://www.minimed.de/ ]. глюкометр CGMS System Gold (CGMS - Continuous Glucose Monitoring System) складається з двох частин ( Мал. 17.7 ). В період спостереження пацієнт носить їх на собі. Тоненький ферментний електрод, показаний у великому масштабі на малюнку справа, вводять під шкіру на глибину 4-6 мм, як правило, в області очеревини і надійно закріплюють гігієнічним пластиром на поверхні шкіри.

Сполучений з ним тонким кабелем невеликий електронний блок ( "монітор") чіпляють до одного з предметів одягу або кладуть в кишеню. Пацієнт носить цей сенсор протягом декількох діб, ведучи звичайне активне життя. Кожні 10 секунд сенсор сам автоматично проводить кулонометрическое вимірювання концентрації глюкози в підшкірній тканини, перераховує результат вимірювання на концентрацію глюкози в крові і кожні 5 хв. обчислює і запам'ятовує середнє значення концентрації за минулий п'ятихвилинку. Всього за добу накопичується 288 результатів вимірювання. Результати останнього вимірювання і середнє значення за останню п'ятихвилинку можна побачити на екрані монітора.

Мал.17.7.

Портативний інтелектуальний сенсор CGMS System Gold для спостереження протягом декількох діб за змінами концентрації цукру в крові людини: зліва - розташування блоків сенсора на тілі людини в процесі спостереження; праворуч - ферментний електрод у великому масштабі

У разі виявлення загрозливою гіпо- або гіперглікемії сенсор може повідомляти про це за допомогою звукового сигналу і відповідної інформації на моніторі.

В монітор за допомогою спеціальних символів рекомендується вводити дані про такі важливі події, як прийом їжі, ін'єкція інсуліну, заняття спортом або тривале фізичне навантаження, відчуття гіпоглікемії і т.д. Разом з датою і часом доби вони теж запам'ятовуються монітором.

Ферментний електрод виготовляють з максимально біологічно сумісних матеріалів. Але тим не менш людське тіло реагує на електрод як на чужорідне тіло і поступово огортає його захисними речовинами, через що чутливість сенсора знижується. Тому через деякий час слід робити повторне калібрування [ [61] ]. Виробник рекомендує проводити калібрування монітора 4 рази на добу, виконуючи паралельні вимірювання рівня цукру на незалежному контрольному приладі за краплею крові. Отримане значення вводять в монітор, який потім виконує калібрування автоматично. Діапазон вимірювання - від 40 мг% до 400 мг%.

Коли після закінчення періоду спостереження пацієнт приходить до лікаря, накопичені в пам'яті монітора дані передаються на медичний комп'ютер, в якому за допомогою відповідної програми аналізуються і виводяться на екран у вигляді графіка ( Мал. 17.8 ). По горизонталі тут відкладено час доби, а по вертикалі - концентрація глюкози в моль / л. Як бачимо на прикладі представленого графіка, концентрація глюкози в крові у діабетиків не є постійною величиною і може значно змінюватися з часом в залежності від обставин життя.

Мал.17.8.

Приклад графіка зміни концентрації глюкози в крові хворого на цукровий діабет людини протягом доби, зареєстрованого сенсором CGMS System Gold

Легко переконатися, що навіть у добре мотивованого і дисциплінованого пацієнта, який вимірює свій рівень цукру 3-4 рази на добу, більша частина дня і особливо ночі залишаються поза контролем. І небезпечні епізоди, під час яких концентрація глюкози в крові неприпустимо зростає або падає, проходять непоміченими.

Безперервне дослідження за допомогою інтелектуального сенсора типу CGMS System Gold дозволяє лікарю-діабетології краще діагностувати стан і індивідуальні особливості хворого, виявити наявність прихованих епізодів гіпо- та гіперглікемії, рекомендувати більш адекватне і точне лікування, скорегувати режим життя. Аналіз графіка лікарем разом з хворим наочно демонструє хворому на цукровий діабет вплив різних чинників повсякденному житті на перебіг його хвороби, допомагає краще мотивувати на здоровий спосіб життя і на дотримання рекомендацій лікарів [ [46] , [47] , [116] , [120] ].

Важливою віхою в удосконаленні глюкометрів для хворих на діабет першого роду, які змушені користуватися інсуліном, стало об'єднання глюкометра з автоматичною інсулінової помпою. Однією з перших таких розробок, успішно доведених до промислового випуску, стала інсулінова помпа з вбудованим глюкометром "DANA Diabecare IIS" корейської компанії Sooil ( Мал. 17.9 ).

Портативна система "DANA Diabecare IIS" містить сучасний біосенсорний глюкометр, що вимагає для аналізу мінімальний обсяг крові, і інсулінову помпу. Їх спільну роботу організовує мікрокомп'ютер. Отримані результати вимірювання глюкози не тільки виводяться на дисплей, але і безпосередньо використовуються для автоматичного розрахунку і введення необхідної дози інсуліну. При виході рівня цукру в крові за встановлені межі, автоматично подаються сигнали тривоги.

Мал.17.9.

Портативна інсулінова помпа DANA Diabecare IIS з вбудованим глюкометром: 1 - відділення для інсулінового резервуара; 2 - віконце для відображення залишку кількості інсуліну; 3 - кнопки управління; 4 - ЖК дисплей; 5 - коннектор для прикріплення інфузійного набору; 6 - пластиковий катетер

У відділення 1 вставляють знімний інсуліновий резервуар ємністю 3 мл (300 ОД інсуліну). Кількість наявного в ньому запасу інсуліну можна побачити через мірне віконце 2. Управління роботою системи здійснюється за допомогою зручної клавіатури 3, що складається з 4-х кнопок. Кнопки зі стрілками можуть працювати в режимі "прокрутки" (якщо тримати кнопку натиснутою, то встановлюється значення безперервно змінюється, або покажчик безперервно переміщається по списку). Вся необхідна для користувача інформація висвічується на рідкокристалічному дисплеї 4 площею 8 см2. При недостатньому зовнішньому освітленні дисплей автоматично підсвічується зсередини.

Інсулінова помпа, крім резервуара, містить коннектор (з'єднувач) 5 для прикріплення інфузійного набору через пластиковий катетер 6 і знаходиться всередині основного корпусу мініатюрний насос для прокачування і впорскування через інфузійний набір необхідної дози інсуліну. Склад інфузійного набору показаний на Мал. 17.10 . Тонка голка, виконана з високоякісної сталі, забезпечує надходження інсуліну в підшкірну жирову клітковину. Фіксатор надійно прикріплює голку до поверхні шкіри, а кліпсовой з'єднувач забезпечує легке з'єднання і від'єднання голки і катетера. Вид голки і довжину катетера підбирає лікар.

Мал.17.10.

Інфузійний набір інсулінової помпи DANA Diabecare IIS

Інсулінова помпа з мікропроцесорним управлінням забезпечує різні режими введення інсуліну, запропоновані лікарем, з точністю до 0,01 умовної одиниці. Введені дози ретельно враховуються. При їх автоматичному розрахунку, крім поточного рівня глюкози в крові, враховуються також плановану кількість вуглеводів в майбутньої їжі, індивідуальна чутливість до конкретного виду інсуліну, цільовий рівень глюкози в крові і задана лікарем тактика. Використати точний режиму введення інсуліну дозволяє досягти оптимальної компенсації цукрового діабету, віддалити в часі його важкі наслідки або зовсім уникнути їх. Для документування в пам'яті системи зберігаються 100 останніх введених доз, 100 останніх добових доз інсуліну, 100 останніх заливок інсуліну і 100 останніх сигналів тривоги.

У світі поруч фірм і науково-дослідних організацій ведуться також роботи зі створення імплантуються в тіло хворої людини биочипов для безперервного контролю за рівнем глюкози в крові. Про створення одного з таких биочипов розміром 4x2x0,5 мм повідомляється, наприклад, в [ [48] ]. На фізіологічних розчинах глюкози, працюючи по АМПЕРОМЕТРИЧНИЙ принципом, биочип показує досить хороші результати в діапазоні концентрацій глюкози від 0,1 ммоль / л до 13 ммоль / л з часом реакції 50 с. Пов'язаний з інсулінової помпою типу описаної вище, такий биочип ще більше полегшить життя хворого на діабет першого типу.