나노 기술, 원자 및 분자 규모 (일반적으로 1-100 nm)에 대한 문제의 조작은 의료 진단 및 치료법을 혁명으로 삼고 있습니다. 당뇨병 관리에서 가장 영향력있는 응용 프로그램은 인공 판자 시스템의 센서 코어를 형성하는 연속 포도당 모니터 (CGMs)를 정제하는 데 속합니다. 독특한 양자 효과와 극한 표면 투-볼륨 비율을 악화함으로써 나노 물질은 극적으로 지속 가능한 화학 물질을 공급하는 데 필요한 물질을 선택할 수 있습니다. 이 연구는 나노 기술, 반도체, 반도체, 반도체, 반도체, 반도체, 반도체, 반도체, 반도체, 반도체, 반도체, 반도체, 반도체, 반도체, 반도체, 반도체, 반도체, 반도체, 반도체, 반도체, 반도체, 반도체, 반도체, 반도체, 반도체, 반도체, 반도체, 반도체, 반도체, 반도체, 반도체, 반도체, 반도체, 반도체, 반도체, 반도체, 반도체, 반도체, 반도체, 반도체, 반도체, 반도체, 반도체, 반도체, 반도체, 반도체, 반도체, 반도체, 반도체, 반도체, 반도체, 반도체, 반도체, 반도체, 반도체, 반도체, 반도체, 반도체, 반도체, 반도체, 반도체, 반도체, 반도체, 반도체, 반도체, 반도체, 반도체, 반도체, 반도체, 반도체, 반도체, 반도체, 반도체, 반도체, 반도체,

인공 Pancreas : Diabetes 관리를위한 닫히는 루프 시스템

인공적인 pancreas (또는 닫히는 반복 인슐린 납품 체계)는 3개의 단단한 통합 성분으로 이루어져 있습니다: 지속적인 포도당 감시자 (CGM), 인슐린 펌프 및 통제 산. CGM는 각 몇몇 분을 측정하고, 적합한 인슐린 복용량을 산출하고 펌프를 전달하기 위하여 자료를 무선으로 전달합니다. 전체 체계는 건강한 panass, 환자의 좁힐 수 없는 glucose (Llucose) 범위 내의 좁힐 수 없는 혈당 범위 (Llucose)의 피드백 기능을 극적으로 촉진하는 것을 목표로 합니다.

이 반복의 성공은 센서 정확도에 거의 완전히 의존합니다. 포도당 독서에 있는 5 %의 과실은 인슐린의 밑에 또는, 위험한 hypoglycemia (저혈당) 또는 신장한 hyperglycemia (고혈당)를 예언하는 예측하. 현재 CGMs는 Dexcom와 Abbott에서 그들과 같은, 포도당 산화 (GOx)를 사용하는 전기 화학 센서를 사용하여, 그 후에 전극의 산화를 억제하는 동안, 이산화질소의 농도는, 그 후에 극적으로 증가한 온도에서, 이산화질소화한 온도에 있는 산화를 받는다.

Conventional Glucose 센서의 독립 한계

광범위한 사용에도 불구하고 기존 CGM 센서는 여러 성능의 Bottlenecks에 의해 변형됩니다.

  • Signal interference and drift: 아세타미노펜, 아스코르브산, 그리고 우르산과 같은 전동성 화합물은 비추적인 현재를 생성할 수 있습니다. 시간, 감지기 산출은 효소 조밀도에 따라서, 국부적으로 PH 변화, 또는 biofouling-s 축적, 감지기 표면에 단백질과 세포의 축적을 출력합니다.
  • 한 감도와 탐지 범위: 아주 낮은 포도당 수준 (예를들면, hypoglycemia 도중) 감지기 신호는 비선형이, 가장 긴요한 때 확고한 정확도일 수 있습니다. , 높은 포도당 수준에서 효소 반응은 포화할지도 모릅니다.
  • Lag time: 5-15 분에 의해 혈액 포도당 뒤에 상호 작용 포도당 지연. 나노 물질에 의해 직접 해결되지 않는 동안, 빠른 감지기 응답은 통제 알고리즘에 이 래그의 효력을 기인할 수 있습니다.
  • Short 조작 수명: 현재 센서는 효소의 감염, 조직 캡슐화 및 전극 분해로 인해 7-14 일마다 교체해야 합니다. 이 부과는 사용자와 의료 시스템에 상당한 부담을 부과합니다.
  • Calibration Dependence: 많은 CGMs는 여전히 완전한 자동화된, 사용자 의존하는 체계의 목표를 물리는 편심을 정확한 편심을 요구하는 주기적인 손가락 지팡이 구경측정을 요구합니다.

나노기술: 의료 센서의 원리 및 고유 속성

나노테크놀로지는 나노미터 규모의 재료가 감소될 때 발생하는 독특한 물리적 및 화학적 특성을 활용합니다. 이 특성은 바이오센싱에 이상적입니다.

  • 고 표면의 ‐ 볼륨 비율: 나노 입자, 나노 와이어 및 그래 핀 시트는 효소 immobilization에 대 한 거대한 표면 영역을 제공, 극적으로 촉매 사이트의 수 증가 및 따라서 센서 신호.
  • Quantum confinement: quantum dots와 같은 반도체에서, bandgap는 크기에 따라, 광학 및 전자적 특성의 정확한 조정을 가능하게 합니다. 이것은 형광 근거한 포도당 탐지를 위해 하네스를 붙일 수 있습니다.
  • Enhanced 촉매 활동: 금속 나노 입자 (금, 백금, 팔라듐) 및 금속 산화물 (구리 산화물, 니켈 산화물)은 포도당 산화를 위한 우량한 전기 촉매 활동을 전시하고, 효소 탈염을 피하는 효소 감각을 비 효험을 허용하.
  • Exceptional electron transport: 탄소 나노 튜브와 graphene 제안 탄도 전기 이동성, 효소 활성 사이트와 전극 사이의 직접 전자 이동을 촉진하는 것은 수 있는 인공적인 산화 미디어tors에 대한 필요성을 제거하고 독성을 일으킬 수 있습니다.

이 특성은 엔지니어가 비파괴한 감도로 작동되는 센서 표면을 설계할 수 있습니다. 예를 들어 GOx와 기능하는 단일 벽 탄소 나노 튜브는 물리 범위 (3.9–7.8 mM) 아래 몇 가지 마이크로 모들로 낮은 농도에서 포도당을 감지 할 수 있습니다. 넓은 동적 범위와 최소 소음을 제공합니다.

나노기술은 인공 Pancreas 센서 정확도를 향상시킵니다.

직접 및 촉매 Glucose 탐지를 위한 Nanomaterial

이 제품은 주로 금속 나노 입자 또는 금속 산화물을 기반으로 한 비 효소 센서와 효소 검출을 대체하는 것입니다. 금 나노 입자 (AuNPs)는 특히 유망합니다. 그들은 효소없이 포도당의 전기 산화를 촉매 할 수 있으며, 우수한 전도성을 제공하며, 원하는 경우 효소 로딩을위한 표면 영역을 증가시키는 기능을 할 수 있습니다. 구리 산화물 (CuO) 나노 와이어는 여러 가지 크기로 인해 기존의 pH를 늘리고, 두 번째로 높은 온도에서 두 번째로 높은 온도를 작동 할 수 있습니다. 이러한 물질은 이러한 물질의 수명을 연장 할 수 없습니다. 이러한 물질의 수명은 더 높은 온도에서 두 번째로 높은 온도를 유지 할 수 있습니다.

광 센서는 나노 기술에서도도 혜택을 제공합니다. 금 나노 입자는 지역화 된 표면 plasmon resonance (LSPR) - 집계 또는 포도당 바인딩에 대한 로컬 굴절률 변화가 있을 때 색상 변경을 나타냅니다. 연구자들은 광학적으로 간질 유체에 포도당을 측정 할 수있는 LSPR 기반 센서를 개발했으며 전기 간섭에 덜 취약한 전기 화학 방법을 제공하는 대체 할 수 있습니다.

Electron Transfer 및 Signal Amplification을 강화했습니다.

탄소 나노 물질은 효소 센서의 전자 전송의 중요한 병목을 해결합니다. 기존의 GOx 센서에서 효소 활성 사이트 (플라빈 아덴닌 디누클로로라이드, FAD)는 단백질 구조 내에서 깊은 매장되어 전극 계수로 직접 전이를 전달합니다. 페로크렌 또는 Prussian Blue와 같은 약자들은 전자를 셔틀하는 데 사용되지만 센서와 누출하거나 방해 할 수 있습니다. 탄소 나노 흑연과 흑연은 전자의 밀도를 높일 수 있으며, 전류는 전기 밀도가 높고, 전류는 전기 밀도가 높으며, 전류는 높은 온도를 갖는 데 사용됩니다.

그래핀은 단층 또는 감소된 그래핀 산화물 (rGO)인 경우, 매우 높은 표면 면적 (적극적으로 2630 m2/g) 및 특별한 전기 이동성을 제공합니다. 그래핀 기반 포도당 센서는 급속한 응답 시간 (sub‐second), 100 μA/mM·cm2를 초과하는 감각, 그리고 0.1 μM-far로 낮은 탐지 한계를 입증했습니다. 안전한 CGM 가동을 위해 필요한지.

선택 및 감소된 간섭 개선

나노 기술은 또한 interfering 물질을 거부하기위한 정교한 솔루션을 제공합니다. 한 가지 접근법은 전극에 mesoporous 실리카 또는 금속 무기 프레임 워크 (MOFs)로 구성된 permselective 막을 수 있습니다. 이 나노 물질은 더 큰 전기적 상호 작용을 차단하면서 전달하는 작은 분자 (glucose 및 산소와 같은)를 허용 할 수 있습니다. 또 다른 전략은 나노 입자와 결합하여 합성 인식 사이트를 만들 수 있으며, 정확한 열간의 크기, 화학적 및 화학적 특성에 대한 이상적인 크기, 열간의 크기 및 열간의 크기가 요구 될 수 있습니다.

유연성, 신축성, Microneedle ‐ 기반 센서

나노 기술로 진화하는 센서의 물리적 형태 요인. 산화 아연 또는 실리콘 나노 와이어는 유연한 폴리머 기판에 내장되어있어 피부에 적합한 마모 패치를 가능하게합니다. 나노 물질과 코팅 된 Microneedle 어레이는 간질 유체에 액세스하고, 외체 반응을 줄이고 환자의 편안함을 개선 할 수 있습니다. 이러한 디자인은 사용자가 실제로 보이지 않는 센서로 이어질 수 있으며, 더 일관성있는 모니터링을 가능하게합니다.

Sensor Research의 주요 나노 소재

나노 물질의 여러 종류는 CGM 응용 분야에 적극적으로 조사되고 있습니다. 다음 목록은 주요 장점과 현재 연구 상태를 요약합니다.

  • 금 나노 입자 (AuNPs): 높은 전도도, 생체 호환성, 쉬운 기능화. 전기화학 및 LSPR 광학 센서 모두에 사용. 의 여러 주문에 의해 감도를 개선하는 데 사용.
  • 탄소 나노 튜브 (CNT): 우수한 전사 이동, 높은 인장 강도, 화학 안정성. 사용 가능한 미디어 ‐ 무료 감지. 단일 벽 CNT 제안 더 나은 균일성 그러나 더 높은 비용.
  • 그래 핀 및 그래 핀 산화물 (GO): 울트라 높은 표면, 유연성, 다능한 전자 속성. 감소 흑연 산화물 (rGO) 전극 재료로 널리 연구 된다. 그래 핀 퀀텀 도트 (GQDs) 광 발광에 대 한 광 루멘을 전시.
  • 금속 산화물 나노 입자 (CuO, NiO, Co3O4, TiO2): 포도당을 향해 비 효소 촉매 활동. 안정, 그러나 도핑 또는 잡종 구조에 의해 투약된 고위험이 있을지도 모릅니다.
  • Mesoporous 실리카 및 금속 무기 프레임 워크 (MOFs): 크기 ‐ 포함 막으로 사용. MOFs는 높은 porosity를 제공 하 고 그들의 pores 내의 촉매 센터를 통합 하는 능력.

이 자료의 화학에 더 깊은 다이빙을 위해 독자는 ]]ACS Sensors] (]]Nanomaterials for Continuous Glucose Monitoring])에 출판된 우수한 검토에 참조됩니다.

Biocompatibility와 긴 수명

나노 입자는 나노 입자의 물질을 함유하고 있으며, 나노 입자는 화학적, 염증, 또는 세포 독성을 유발할 수 있습니다. 그러나 광범위한 연구는 폴리에틸렌 글리콜 (PEG)과 같은 생체적합성 폴리머를 코팅하는 나노 물질에 초점을 맞추고 독성 코어를 보호하는 실리카 쉘을 사용하여 화학적 반응을 유발합니다. 또한 센서 표면은 바이오 매스를 저항해야합니다. 나노 입자는 나노 입자, 나노 입자 또는 합성 물질과 같은 나노 입자를 합성하여 단백질을 흡수하는 역할을합니다.

나노 물질은 센서 기능을 확장 할 수 있다는 것을 보여주었습니다. 실리카 나노 입자 매트릭스 내의 GOx를 캡슐화하여 여러 달 동안 효소 활동을 보존했습니다. 비보에서는 이러한 디자인은 몇 달 동안 센서 교체 간격을 몇 달까지 늘릴 수 있습니다. 중요한 결과는 시간 범위 (TIR)에서 개선되어 사용자가 대상 범위에서 포도당과 지출 할 수 있습니다. 시뮬레이션은 나노 물질 ‐ ‐ ‐ ‐ ‐ range (TIR)에서 개선됩니다. (즉, 현재 측정 값이 10 % 증가하는 센서가 10 % 증가하는 것으로 예상됩니다.).

임상적 조언에 대한 도전

제조 확장성 및 비용

일관적인 크기, 모양 및 상업적인 가늠자에 기능화로 nanomaterial를 일으키기 어려운 남아 있습니다. 배치에 배치 가변성은 감지기 성과에 영향을 미치고 광대한 재채정을 요구합니다. 비용 감소는 이 감지기를 적당한, 특히 저 자원 조정에서 특히 만들기 위하여 근본적입니다.

독성 및 규제 승인

FDA와 같은 규제 기관은 나노 물질 기반 의료 기기를 평가하기위한 프레임 워크를 설치했지만 장기 독성 데이터는 여전히 불완전합니다. 예를 들어, 몸에서 탄소 나노 튜브의 정리가 좋지 않습니다. 일부 연구는 지속적이고 섬유를 유발할 수 있습니다. 생체 내 테스트 및 바이오 분해성 나노 물질의 개발은 활성 연구 우선 순위입니다. FDA의 [[FLT : 0]] 나노 기술에 대한 지침 [FLT :] 나노 기술 [FLT]] [FLT :] 나노 기술 개발 : 나노 기술 개발을위한 나노 기술].

Existing Systems와 통합

새로운 센서 기술은 현재 인슐린 펌프, 알고리즘 및 모바일 앱과 완벽하게 인터페이스해야합니다. Bluetooth Low Energy, 데이터 암호화 및 실시간 처리와 호환이 추가 엔지니어링 장애물입니다. 제조업체는 종종 인크레멘션 공급망을 혼란시키는 것을 방지하기 위해 증가하는 개선을 선호합니다.

임상시험

의 수백 개의 학술 논문 보고서는 vitro 결과에 인상적이지만, 몇몇 nanomaterial ‐ 기반 포도당 센서는 인간의 시험에 들어갔다. 대규모 임상 연구는 안전과 정확도를 입증해야하며 현재 CGM보다 더 나은 것으로 보인다. MARD 메트릭은 10 % 이하로 지속적으로 하락해야하며, 7 % 미만의 % 미만의 채택을 달성해야합니다. graphene ‐ 기반 CGM을 사용하여 최근의 인간 조종사는 7 일 이상 9.5 %의 MARD를 보여주고, proLTising [F] [F] [F] [F] [F]] [F] [F]] [F]] [F] [F]]] [F]] [F] [F] [F]] [F]] [F] [F] [F] [F] [F] [F] [F] [F] [F] [F] [F] [F] [F] [F] [F] [F] [F] [F] [F] [F] [F] [F] [F] [F] [F] [F] [F] [F]] [F] [F] [F]

Self-Calibrating 센서

여러 nanomaterials를 결합하면 사용자 개입없이 drift에 자동 콤포스를 생산할 수 있습니다. 예를 들어, glucose에 과민한 다른 nanomaterial에서 만든 참조 전극은 실시간 배경 소음을 빼앗아 사용할 수 있습니다.

듀얼 하모 슨 폐쇄 ‐ 루프 시스템

나노테크놀로지는 또한 인슐린과 글루콘을 모두 제공하는 듀얼 호르몬 시스템의 신속한 검출을 가능하게 합니다. 이러한 시스템은 저혈압을 방지하기 위해 센서 응답을 더 빨리 필요로 합니다. 나노 와이어 기반 센서는 하위 ‐ 초 응답 시간을 가진 이 목적을 위한 탐험의 밑에 있습니다.

Bioinspired 및 생물 과학 센서

연구자들은 췌장 베타 세포의 포도당 감각 기계장치를 mimic에 mimic 나노 물질을 개발합니다. 예를 들면, 포도당 바인딩에 풀어 놓인 형광 염료를 포함하는 합성 vesicles는 감지기와 액추에이터 사이 선을 물집하는 광학적인 보고자로 봉사할 수 있었습니다.

비침습적인 감시

이 제품은 혈당, 혈당, 혈당, 혈당, 혈당, 혈당, 혈당, 혈당, 혈당, 혈당, 혈당, 혈당, 혈당, 혈당, 혈당, 혈당, 혈당, 혈당, 혈당, 혈당, 혈당, 혈당, 혈당, 혈당, 혈당, 혈당, 혈당, 혈당, 혈당, 혈당, 혈당, 혈당, 혈당, 혈당, 혈당, 혈당, 혈당, 혈당, 혈당, 혈당, 혈당, 혈당, 혈당, 혈당, 혈당, 혈당, 혈당, 혈당, 혈당, 혈당, 혈당, 혈당, 혈당, 혈당, 혈당, 혈당, 혈당, 혈당, 혈당, 혈당, 혈당, 혈당, 혈당, 혈

의약

나노 기술은 인공 파노라마 센서 정확도를 변형하기 위해 엄청난 잠재력을 보유하며, 감도, 선택성, 안정성 및 생체 호환성의 핵심 한계를 해결합니다. 비 효소 검출, 직접 전자 전송 및 스마트 간섭 거부를 가능하게함으로써 나노 물질은 기존 효소 기반 전극으로 가능한 한 어떤 것이 가능한지 CGM 성능을 밀어 줄 수 있습니다. 제조, 독성 및 임상 검증 지속 지속 지속성에 대한 도전이 있지만 나노 기술이 지속되는 것으로 입증 된 연구 및 성장 산업의 급속한 속도는 수십 년 동안 지속되는 열악한 기후를 통해 이러한 삶의 질 향상을 위해 노력할 것입니다.