توسعه سنسور های قابل تحمل برای نظارت بر تعادل الکترولیتی در بیماران دیابتی

در جبهه تحقیق، چندین گروه علمی پچ های پوشیدنی چند منظوره (که شامل گلوکز، لکات و سنسورهای الکترولیت در یک بستر انعطاف پذیر منفرد است) را نشان داده اند. مطالعه منتشر شده در Biosensors و Bioالکترونیک] گزارش یک پچ پوشیدنی که می تواند سدیم، پتاسیم، کلسیم، و منیزیم را با محدودیت های تشخیص مناسب برای آزمایش های بالینی در مورد استفاده از دستگاه های مرتبط با هدف "F" و "F نشان داد.

یک روند در حال ظهور توسعه سنسورهای مبتنی بر میکروستل است که به ذرت های قشر بالا و مایع بین نمونه به طور مستقیم نفوذ می کند. این دستگاه های مینی تهاجمی، اغلب از میکرونیازهای توخالی یا میکرونیازهای جامد پوشیده شده با غشای انتخابی یون، ارائه یک پروکسی نزدیک به سطح الکترولیت خون نسبت به سنسورهای بالینی مبتنی بر عرق، در حال انجام برای اندازه گیری میکرو و به طور همزمان با نتایج پتاسیم، انتظار می رود.

مزایای نظارت مستمر الکترولیت

تغییر از تست آزمایشگاهی اپیزودی برای نظارت مستمر پوشیدنی، مزایای تحولی برای بیماران دیابتی و ارائه دهندگان مراقبت های بهداشتی ارائه می دهد. اول و مهمتر از همه، توانایی تشخیص عدم تعادل الکترولیت در اولین شروع آنها، قبل از اینکه علائم آشکار یا ارزش های آزمایشگاهی به آستانه های بحرانی برسند، این قابلیت هشدار اولیه می تواند از بستری شدن بیمارستان ها برای هیپو- شدید یا هیپرکالمی جلوگیری کند که منابع قابل توجهی از بیماری و هزینه های بهداشتی باقی می ماند.

جریان های داده مداوم همچنین محدوده مرجع شخصی برای هر بیمار را فراهم می کند. نقطه تنظیم الکترولیت بیمار ممکن است با هنجارهای جمعیت به دلیل بیماری مزمن کلیوی، رژیم دارویی یا عوامل ژنتیکی متفاوت باشد. سنسورهای قابل حمل می توانند الگوهای پایه فردی را ایجاد کنند و هشدار هایی را تولید کنند که انحرافات از آستانه شخصی شده اند، در حالی که اطمینان از اختلالات واقعی دستگیر می شوند.

ادغام با مانیتورهای گلوکز مداوم (CGMs) یک تصویر جامع از سلامت متابولیک فراهم می کند. ردیابی همزمان گلوکز و پتاسیم به ویژه برای بیماران در درمان انسولین ارزشمند است، که در آن مدیریت انسولین می تواند باعث تغییرات سریع پتاسیم شود، علاوه بر این، پوشیدنی ترکیبی از گلوکز می تواند تصمیم گیری های مکرر را هدایت کند که از هیپوکالمی کبدی، یک عارضه شایع و خطرناک در هر دو بیمار و تنظیمات سرپایی، علاوه بر این، کاهش مکرر و کاهش دسترسی به بیمار، به ویژه جلوگیری از راحتی بیمار و جلوگیری از آن، به بیمار و راحتی محدود کمک کند.

چالش های مداوم و تحقیقات مداوم

علی رغم پیشرفت قابل توجه، چندین مانع باید قبل از اینکه سنسورهای الکترولیت پوشیدنی به تصویب بالینی گسترده برسند، برطرف شوند، شکاف بین نمایش آزمایشگاهی و قابلیت اطمینان در دنیای واقعی همچنان قابل توجه است و محققان به طور فعال این چالش ها را از طریق همکاری میان رشته ای مورد توجه قرار می دهند.

دقت و کالیبراسیون

سنسورهای الکتروشیمیایی به pH، دما و تداخل مواد موجود در عرق حساس هستند (به عنوان مثال، lactate، urea، آمونیاک) همبستگی بین غلظت الکترولیت عرق و غلظت سرم خون ثابت نیست؛ آن را با میزان عرق، غده (eccrine در مقابل apocrine) و الگوریتم های کالیبراسیون فردی باید برای این متغیرها حساب کنند، اغلب نیاز به یادگیری دوره ای دارند که با استفاده از تجزیه و تحلیل های مختلف، پردازش های کوچک، قابل اعتماد به بیمار است.

قابلیت دور بودن و سازگاری پوست

سنسورهای پوشیدنی باید از حرکت بدن، قرار گرفتن در معرض آب و عرق، و استفاده روزانه مکرر برای روزها تا هفته ها زنده بمانند. Delamination از لایه های الکترود، خوردگی از ردگیری های رفتاری، و بی تحرکی از جذب پروتئین، استراتژی های رایج در انتقال پوست با استفاده از parylene-C یا سیلیکون elastomers دوام بهبود یافته است، اما دستیابی به عملکرد مداوم فراتر از 7 روز مشکل چسب های تنفسی، به ویژه آسیب پذیری های پوستی، نگرانی های پوستی، به خصوص آسیب پذیر است.

حریم خصوصی داده ها و امنیت

داده های مداوم بهداشتی که به طور بی سیم به پلتفرم های ابری منتقل می شوند، نگرانی های حریم خصوصی و امنیتی را افزایش می دهند. [۱] داده های الکترولیتی، همراه با داده های گلوکز، یک پرتره دقیق از وضعیت متابولیک بیمار ایجاد می کند که می تواند توسط بیمه گران، کارفرمایان یا بازیگران مخرب استفاده شود: رمزگذاری نهایی به پایان، ناشناس سازی و پایبندی به چارچوب های نظارتی مانند HIPAA (in) و سیستم های یادگیری مبتنی بر GDPR، استفاده فعال از آن است:

ادغام با Digital Health Ecosystems

ارزش واقعی سنسورهای الکترولیت پوشیدنی زمانی که آنها به سیستم عامل های بهداشت دیجیتال گسترده تر متصل می شوند که بیماران، پزشکان و سوابق بهداشت الکترونیکی (EHRs) را متصل می کنند، متوجه می شوند که استانداردهای مانند HL7 FHIR تبادل داده بین دستگاه های پوشیدنی و سیستم های EHR را تسهیل می کند و اجازه می دهد روند الکترولیت در کنار سایر اطلاعات بالینی تجسم شود.

سیستم عامل های Telehealth از داده های سنسور مداوم بهره مند می شوند، برنامه های نظارت از راه دور بیمار (RPM) که نیاز به بازدید های فردی را کاهش می دهد، بیمار دیابتی با بیماری مزمن کلیه می تواند برای هیپرکالمی در خانه نظارت شود، با تیم مراقبت دریافت هشدار تنها در هنگام مداخله، این مدل دسترسی به مراقبت در حالی که بهینه سازی برنامه های آزمایشی اولیه ترکیب CGM با فشار خون و کاهش میزان بهبودی بیمار را بهبود می بخشد و بهبود نمرات بهبود می یابد.

چشم انداز آینده

دهه آینده احتمالا شاهد همگرایی فناوری هایی خواهد بود که سنسورهای الکترولیت پوشیدنی را به عنوان مانیتورهای مداوم گلوکز رایج می کند.پیشرفتها در نانوتکنولوژی سنسور مینیاتوریزاسیون را به نقطه ای که پانل های چند لایه را می توان در یک پچ منفرد و غیر سمی مانند پچ ردیاب مقدار یک سکه جاسازی کرد، نانو کامپوزیت مواد الکترود مانند پلاتین سیاه، به طور منظم حذف شده و حساسیت به تشخیص فیبروئید، و تشخیص دهنده اسید، ممکن است باعث افزایش اندازه گیری های تشخیص اسید شود و تجزیه و تجزیه و تحلیل آن شود.

ادغام میکروسیک ها محدودیت در دسترس بودن عرق را به شما می دهد. کانال های میکروفلوئیدیک اجباری می توانند عرق را از اتاق های جمع آوری به سطوح سنسور پمپ کنند حتی در شرایط جریان کم، اطمینان از داده های مداوم، سیستم های درمانی حلقه بسته که ترکیب سنجش با تحویل دارو در افق است.یک پچ پوشیدنی که افزایش پتاسیم و به طور خودکار مدیریت یک رزین یا رزین انسولین را انجام می دهد، در حالی که می تواند بدون ایجاد سیستم های درمانی، جلوگیری از ایجاد چنین سیستم های درمانی و سیستم های درمانی، جلوگیری کند.

هوش مصنوعی فراتر از فیلتر سر و صدا تکامل خواهد یافت تا تشخیص های پیش بینی شده را که روزها قبل از وقوع آن ها پیش بینی می کنند، با مدل های آموزشی در مجموعه داده های بزرگ که شامل داده های سنسور مداوم، سوابق دارویی، ورود رژیم غذایی و سطوح فعالیت هستند، ممکن است امتیازات ریسک شخصی و توصیه های پیشگیرانه را صادر کند.

مسیرهای تنظیم کننده نیز در حال تکامل برای قرار دادن این دستگاه های جدید هستند. FDA راهنمایی در مورد بررسی پیش از بازار از مانیتورهای فیزیولوژیکی پوشیدنی را صادر کرده است و اولین طبقه بندی novo برای یک سنسور عرق غیر تهاجمی در عرض دو سال انتظار می رود که نتایج بهبود یافته در مقایسه با مراقبت های استاندارد برای بازپرداخت تصمیمات Medicare، Medicaid و بیمه گران خصوصی ضروری باشد.

در نهایت، همکاری بین محققان دانشگاهی، شرکت های تجهیزات پزشکی و ارائه دهندگان خدمات بهداشتی سرعت ترجمه نمونه های اولیه را به محصولات قابل اعتماد تسریع می کند. طرح مرجع منبع باز و پایگاه های کالیبراسیون مشترک می توانند تکرار تلاش و تسریع ورود به بازار را کاهش دهند، به ویژه کسانی که جوامع دیابتی را نمایندگی می کنند، در حال حاضر تقاضا برای راه حل های نظارت جامع تر پوشیدنی را بیان می کنند، ایجاد بازار که با فشار تکنولوژیکی هماهنگ می شود.

مفاهیم بالینی و تحقیقاتی

سنسورهای الکترولیتی قابل توجه نشان دهنده پیشرفت قابل توجهی در مدیریت دیابت است، با توجه به شکاف بحرانی که علی رغم دهه ها پیشرفت در نظارت بر گلوکز ادامه داشته است، توانایی پیگیری مداوم پتاسیم، سدیم، کلسیم و منیزیم در کنار گلوکز، تصویر کامل تری از سلامت متابولیک ارائه می دهد و به چالش های مربوط به دقت، دوام و اعتبار بالینی باقی می ماند، سرعت نوآوری، و تایید سریع برای پنج سال آینده برای استفاده از سنسورها بالینی پیش بینی می شود.

ارائه دهندگان خدمات بهداشتی باید خود را با اصول سنجش الکتروشیمیایی، تفسیر داده های الکترولیتی مداوم و پتانسیل ادغام با ابزارهای بهداشتی دیجیتال موجود آشنا کنند. محققان باید به دنبال مطالعات بالینی قوی باشند که همبستگی بین اندازه گیری های مایع و الکترولیت های سرم در جمعیت های مختلف بیمار، از جمله کسانی که دارای اختلال آدرنال، نوع 1 و نوع 2 هستند، و رژیم های مختلف دارو، پشتیبانی می کند، هدف چند منظوره و هدف نهایی است.