مقدمه: وعده نظارت بر سوزن-Free Glucose

دیابت بر بیش از 530 میلیون بزرگسال در سراسر جهان تأثیر می گذارد، یک رقم پیش بینی شده است که تا 2045 بیش از 780 میلیون نفر از طریق فدراسیون بین المللی دیابت تجاوز می کند، برای این افراد، حفظ کنترل گلیسمیک شدید برای جلوگیری از عوارضی مانند نوروپاتی، رتینوپاتی و بیماری قلبی عروقی ضروری است که در آن، استاندارد مراقبت از قند خون از طریق آزمایش انگشت-ک بهبود یافته است، اما به طور چشمگیری مورد نیاز است، و به عنوان یک پدیده دردناک است.

سیستم های نظارت مستمر گلوکز (CGM) مانند سیستم های Dexcom و ابوت، قبلا با ارائه داده ها و هشدار های روند، حتی پیشرفته ترین سنسور های CGM نیاز به یک رشته نازک تحت پوست دارند، که می تواند باعث ناراحتی، تحریک پوست و خطر عفونت در محل وارد شدن شود.این تحقیقات شدید را به گزینه های واقعا غیر تهاجمی توسعه پوست بدون استفاده از فن آوری های متنوع سازی پوست نشان می دهد.

علم پشت تشخیص اپتیکی

فن آوری های نوری برای نظارت بر گلوکز بر این واقعیت متکی است که مولکول های گلوکز جذب، پراکنده یا چرخش نور به روش های خاص و قابل اندازه گیری است.با ارسال نور از طول موج های خاص به پوست و تجزیه و تحلیل سیگنال بازگشت، ممکن است غلظت گلوکز را استنباط کند. سه تکنیک نوری اولیه یکپارچه شدن در پچ های پوست پوشیدنی نزدیک به مادون مادون قرمز (NIR) طیفوسکوپی، Ramanoscopy و اتصال منحصر به هر گونه چالش های منحصر به فرد است.

نزدیک به مادون قرمز (NIR) Spectroscopy

طیفوسکوپی NIR در محدوده طول موج ۷۰۰-۵۰۰ نانومتر عمل می کند. مولکول های گلوئوز دارای قله های جذب مشخصه در منطقه نزدیک مادون قرمز، به ویژه حدود 1500 تا 1800 نانومتر و ۲۰۰۰-۲۳۰۰ نانومتر هستند، هنگامی که نور NIR به پوست نفوذ می کند، برخی از انرژی آن توسط گلوکز و سایر اجزای بافت جذب می شود.

جذابیت عمده NIR توانایی آن برای رسیدن به لایه های عمیق تر بافت (تا چند میلی متر) بدون ایجاد آسیب بافت است، با این حال، جذب آب در پوست در همان منطقه طیفی بسیار بالا است، ایجاد یک سیگنال پس زمینه قوی علاوه بر آن، تغییرات در رنگدانه پوست، آب و جریان خون نشان می دهد سر و صدا در حال انجام است.

Raman Spectroscopy

طیفوسکوپی Raman در پراکندگی منحصر به فرد از نور تککروماتیک - به طور معمول از لیزر در محدوده قابل مشاهده یا NIR، هنگامی که فوتون ها با ارتعاشات مولکولی تعامل دارند، آنها انرژی را از دست می دهند یا به دست می آورند، تغییر در طول موج که به شدت خاص ساختار مولکولی است. Glucose یک اثر انگشت متمایز رامن با قله های تیز تولید می کند، اجازه می دهد برای خاص.

یک مزیت کلیدی این است که سیگنال های رامن کمتر تحت تاثیر دخالت آب نسبت به NIR قرار می گیرند و آنها را برای اندازه گیری در مایع نوری بین المللی امیدوار می کند.مشکل اصلی این است که پراکندگی رامن به طور ذاتی ضعیف است؛ تنها در حدود 1 در 10 میلیون فوتون تحت تجزیه و تحلیل RaLTman قرار می گیرد، نیاز به آشکارسازهای حساس و زمان های ادغام طولانی تر.

دانلود بازی اپتیکی تاموگرافی (OCT)

OCT یک تکنیک تصویربرداری است که از تداخل کم ارتفاع برای ثبت تصاویر میکرومتری، تصاویر سه بعدی از میکروساختار بافت استفاده می کند.در زمینه نظارت بر گلوکز، OCT تغییرات در ضریب پراکنده بافت پوست را تغییر می دهد. Glucose تغییر می دهد بی ثباتی شاخص بین سلول ها و درون آن، که تغییرات نور در ردیابی این زمان می تواند در ردیابی دقیق آن تغییر کند.

OCT وضوح فضایی بسیار بالایی را ارائه می دهد (1 تا 10 μm) و می تواند تا 1 تا 2 میلی متر عمق تصویر کند، و آن را برای اندازه گیری در بافت لایه های پوستی و زیرمجموعه سطحی مناسب می کند، با این حال مطالعات اولیه آزمایشگاه تحقیقات MIT از الکترونیک نشان داد که OCT می تواند تغییرات گلوکز را با یک تفاوت نسبی مطلق (MARD) در حدود 12 تا 15٪ در داوطلبان سالم ردیابی کند، با این حال، و قادر به حداقل رساندن فرآیندهای فشار نوری و نسبتاً پیچیده است.

چالش های توسعه کلیدی و راه حل های مهندسی

ایجاد یک پچ پوست نوری غیر تهاجمی که مطابق با استانداردهای دقت بالینی (مانند نیاز FDA برای سیستم های CGM از MARD < 10٪ برای استفاده غیر سرب) است یک چالش مهندسی بی نظیر است.در زیر ما شکستن موانع اولیه و راه حل های نوآورانه توسعه یافته است.

دقت سیگنال Amid بیولوژیکی Variability

پوست انسان یک عوامل همگن متوسط نیست، مانند تن پوست، ضخامت، هیدراتاسیون، فولیکول های مو، عرق و حضور زخم ها یا خال همه الگوریتم های انتشار نور را تحت تاثیر قرار می دهد. کالیبراسیون باید شخصی سازی شده و مدل های یادگیری ماشین سازگار - به ویژه شبکه های عصبی آندرولوژیک (CNN) آموزش داده شده در مجموعه های بزرگ سیگنال های نوری با ارزش های گلوکز اشاره شده - برای استخراج عمیق و دستیابی به یک سیستم صوتی در دسترس، برای دستیابی به یک نمونه تجزیه و تجزیه و تجزیه و تحلیل دقیق از داده های صوتی در یک سیستم پردازش اطلاعات در دسترس در یک سیستم پردازش اطلاعات در NodeIR.

تداخل از دیگر آناوسیت ها

سیگنال های نوری خاص گلوکز نیستند، آب، هموگلوبین، ملانین و حتی پروتئین هایی مانند کلاژن نیز با نور در محدوده های طیفی مربوطه ارتباط برقرار می کنند. تغییرات جریان خون، اشباع اکسیژن و دمای پوست می تواند نوسانات گلوکز را تقلید کند تا به این، رویکردهای چند موجی ضروری باشد. بسیاری از طرح های مدرن از آرایه ای از LED ها و عکس های حاوی 10 -15 تکنیک های متمایز مانند ترکیبات شیمی درمانی ترکیبی (حداقل کمک های مربع).

مینیاتورسازی و کارایی قدرت

یک سیستم طیفوسکوپی نوری که یک بار یک نیمکت آزمایشگاهی را پر کرد، اکنون باید روی یک پچ چسب 5 سانتی متر مربع قرار گیرد و برای روزها در باتری سلول سکه اجرا شود، این نیاز به ادغام لیزرهای نیمه هادی یا میکروLEDs، آشکارسازهای نوری، و پردازش روی صفحه اصلی است.

انتقال داده قابل اعتماد و رابط کاربری

پچ باید به طور بی سیم خواندن گلوکز را به یک گوشی هوشمند یا گیرنده منتقل کند، به طور معمول از طریق بلوتوث کم انرژی (BLE) این نیاز به یک ماژول RF کم قدرت و طراحی دقیق آنتن دارد تا سیگنال توسط فرکانس داده ها مسدود نشود و تاخیر باید نیازهای بالینی را مطابقت دهد - به طور معمول یک مطالعه در هر 1 تا 5 دقیقه برخی از طراحی های فروشگاه داده های محلی در یک تراشه حافظه برای بارگذاری بعدی هنگامی که رابط کاربری پاک شده است، باید با هشدار های ابری / هشدار های پاک کننده، و هشدار دهنده های هشدار دهنده های صوتی پاک شده، به اشتراک بگذارد.

پوست و آسایش

پچ های غیر تهاجمی باید حداقل 7 تا 14 روز متصل شوند تا با سنسورهای سنتی CGM رقابت کنند. چسب های درجه پزشکی که قابل تنفس، هیپوallerogenic هستند و قادر به مقاومت در برابر دوش گرفتن و ورزش هستند، پچ باید نازک و انعطاف پذیر باشد تا بدون مهار حرکت، چندین شرکت از بستر های کششی (مانند پلی تکنیک) استفاده می کنند و یا محدودیت تماس با نور نور را کاهش می دهند.

وضعیت فعلی توسعه: کارآزمایی های بالینی و مسیرهای تنظیم کننده

از اوایل 2025، چندین پچ گلوکز نوری غیر تهاجمی وارد کارآزمایی های بالینی شده اند، اما هیچ محصول برای مدیریت دیابت بدون تأیید انگشت، FDA بدون تأیید انگشت، مجوز کامل FDA را دریافت کرده است، زیرا این دستگاه ها باید نشان دهند که آنها برای استفاده از "replace" نظارت بر قند خون ایمن و موثر هستند. FDA اسناد راهنمایی برای سیستم های CGM صادر کرده است که الزامات دقیق، و قابل اطمینان را مشخص می کنند (به عنوان مثال، برای تشخیص دادن به عنوان مثال، برای استفاده از شرایط اضافی برای اثبات کیفیت بدن مورد نیاز است.

یکی از پیشرفته ترین نامزدها (FLT:0)DiamonTech GlucOpt پچ است که از ترکیب طیفوسکوپی NIR و Raman در یک عامل فرم پوشیدنی استفاده می کند.در یک کارآزمایی 100-patient در حال حاضر به یک Mjun از 12.8% در یک دوره سایش 10 ساعته، با 93٪ از خواندن در معرض خطا در شبکه کلارک که به سرعت کاهش یافته است، و کاهش سرعت یک شاخص دوم برای کاهش سرعت کاهش یافته است.

یکی دیگر از بازیگران قابل توجه (FLT:0 پزشکی است که پچ قند BEAT از یونتوفروز معکوس (یک روش فیزیکی، نه صرفا نوری) همراه با سنسورهای نوری برای کالیبراسیون استفاده می کند، آن دارای مارک CE در اروپا است، اما هنوز تایید FDA به دست نیاورده است. این شرکت به تازگی به سمت ادغام اپتیکی بیشتر به طور گسترده ای برای جایگزینی عنصر یونوفو یا فعلی مورد نیاز به یک جزء پوست فعلی است.

دیدگاه های آینده: فناوری نانو و یادگیری ماشین

نسل بعدی پچ های گلوکز غیر تهاجمی احتمالا حداقل دو تکنیک نوری مکمل را با یادگیری ماشین زمان واقعی برای دستیابی به بوی مقدس دقت آزمایشگاهی در یک پوشیدنی ترکیب می کند.

  • منابع نور را مشخص کنید: نقاط کوانتومی Colloid می توانند نور باند باریک را در طیف گسترده ای از طول موج ها با تغییر اندازه خود منتشر کنند، این اجازه می دهد تا منابع موج چند موجی جمع آوری بدون نیاز به لیزر های متعدد جدا شده.
  • سنسورهای پارامتریک: نانوذرات طلا و نقره را می توان در بستر پچ جاسازی شده برای ایجاد رزونوزن سطح محلی (LSPR) اثرات که واکنش نوری به گلوکز را تقویت می کند، بهبود حساسیت تا 100-1000 ×.
  • کریستال های عکسی: ساختارهای کریستالی Photonic می توانند خواص نوری خود را در پاسخ به اتصال گلوکز تنظیم کنند، محققان تشخیص بدون برچسب را نشان داده اند کریستال های عکسنیک مبتنی بر ⁇ که رنگ را به طور قابل ملاحظه ای در پاسخ به غلظت گلوکز تغییر می دهند - یک مفهوم است که می تواند توسط یک دوربین ساده بر یک گوشی هوشمند بخواند.

در سمت نرم افزار، مدل های یادگیری تغذیه شده که داده ها را از هزاران کاربر بدون به اشتراک گذاری داده های خام آموزش می دهند، می توانند اجازه برای کالیبراسیون بسیار شخصی را بدهند، علاوه بر این، ادغام با سیستم های پانکراس مصنوعی یک گام طبیعی بعدی است: یک پچ غیر تهاجمی که به طور بی سیم کنترل یک پمپ انسولین را می کند، آخرین مانع قابل توجه برای مدیریت دیابت حلقه بسته را از بین می برد – نیاز به طور منظم جایگزین سنسور CGM تهاجمی می شود.

نتیجه گیری: به سوی آینده ای بی درد برای مدیریت دیابت

توسعه پچ های پوستی غیر تهاجمی برای نظارت مستمر گلوکز با استفاده از فن آوری های نوری نشان دهنده همگرایی قابل توجه از فوتونیک، علم مواد و هوش مصنوعی است، در حالی که هیچ محصول هنوز دقت و اطمینان لازم برای جایگزینی CGM سنتی در ایالات متحده را به دست آورده است، سرعت نوآوری تسریع شده است. چندین نمونه اولیه نشان داده اند که مقادیر MARD نزدیک به آستانه 10٪، و آزمایش های بالینی مداوم برای رسیدگی به عدم اطمینان در دنیای واقعی است.

مزیت نهایی برای بیماران عمیق است: نظارت بر گلوکز بدون درد و بدون دردسر که به طور یکپارچه به زندگی روزمره متصل می شود، کاهش بار روانی دیابت و فعال کردن افراد بیشتر برای دستیابی به کنترل گلیسمی شدید با سرمایه گذاری مداوم در تحقیق و همکاری بین دانشگاه، صنعت و بدن های نظارتی، اولین پچ گلوکز تجاری قابل دسترس می تواند در سه تا پنج سال آینده راه اندازی شود.

سلب مالکیت: نویسنده هیچ علاقه مالی به هر یک از شرکت های ذکر شده در این مقاله ندارد.[۱۰]