Giới thiệu: Người tiền phương kế tiếp trong cuốn sách tiểu đường tự động

Hệ thống này kết hợp một hệ thống phân phối insulin, và một thuật toán điều khiển insulin mà tính toán và đưa ra insulin không cần sự can thiệp thường xuyên. trong khi hệ thống nhân tạo hiện nay đã cho thấy sự cải thiện đáng kể trong việc kiểm soát và chất lượng cuộc sống, hiệu suất của chúng vẫn còn hạn chế bởi vật liệu và cảm biến cơ cấu của chúng. đột phá vật liệu và cảm nhận được các yếu tố khoa học đang cố định để vượt qua những giới hạn này, mang lại cho chúng ta một hệ thống sinh thái học thực sự thay thế.

Bài báo này khám phá những vật liệu mới nổi và những cảm biến tiên tiến đang điều khiển làn sóng sáng tạo nhân tạo chúng tôi cũng xem xét những thách thức về sự kết hợp giữa thủy tinh, vật liệu nano và các chất kết hợp thông minh nâng cao sự tương thích sinh học và sự đáp ứng trong khi những thiết bị cá nhân này, trong khi những phát triển, các nhà nghiên cứu, các bác sĩ, và bệnh nhân có thể đánh giá cao con đường hướng tới sự chính xác và ổn định và sự bền vững của hệ thống tuyến tụy nhân tạo và nhân tạo

Nghề kiến tạo vật liệu sinh học

Các vật liệu được sử dụng trong các thành phần tuyến tụy nhân tạo - màng thụ cảm, hồ chứa insulin, ống dẫn, và các giao diện cấy ghép -- gián tiếp thiết bị kéo dài, tương thích sinh học, và chính xác về việc phân phối thuốc. vật liệu truyền thống thường kích hoạt phản ứng cơ thể nước ngoài, dẫn đến sự trôi dạt, sự kết nối, và hiệu suất giảm dần theo thời gian.

H.R.

Các tính năng cơ học và chất lỏng là ba chiều, mạng lưới chất lỏng kết dính chéo nhau, có thể giữ lại lượng nước lớn trong khi duy trì độ toàn vẹn cấu trúc. Tính chất nước cao và cá ngừ giúp chúng lý tưởng để hấp thụ các cảm biến và chất insulin. Bằng cách bắt chước mô tự nhiên, hydrogel giảm khả năng miễn dịch thường dẫn đến sự suy giảm xơ hóa và cảm biến. Chẳng hạn, các nhà nghiên cứu đã phát triển polyethlly gPG (PEG) dựa vào chất hydroG để chống lại sự phân giải phóng protein và chất kháng protein, tăng lượng protein, cảm biến [FU: 0], v. d. [L. d. [20] Thêm vào đó, chất lỏng hydro, chất lỏng có thể được giải phóng bằng chất hữu hiệu hóa, có khả năng tiết ra chất hữu hiệu để giảm axit, giảm axit, có thể tạo ra nồng độ axit tăng áp suất.

Những tiến bộ gần đây bao gồm thủy kê có thể tiêm vào dạng trong việc giữ yên , giảm thiểu chấn thương phẫu thuật, và hydrogels kết hợp nanopartiles để tăng cường độ nhạy. Những vật liệu này đang được điều tra để sử dụng trong hệ thống tuyến tụy nhân tạo có khả năng cấy ghép hoàn toàn bền vững và tính miễn dịch lâu dài là thiết yếu. Một số cấu trúc hydrogel cũng kết hợp với các tác nhân chống kích thích như dexametone để giảm thiểu phản ứng của cơ thể bên ngoài, có khả năng nhân đôi chức năng cảm biến đổi tuổi thọ.

Vật liệu không: Tăng độ nhạy và tính bền bỉ

Các vật liệu Nano vật liệu - bao gồm các ống nano, đồ thị, vật liệu nano kim loại, và nano- tính năng đặc biệt trên bề mặt có thể được tính toán và các tính chất hóa sinh độc đáo có thể cải thiện đáng kể hiệu suất cảm biến. Trong các bộ phận điện tử, vật liệu nano nâng cao điện tử chuyển giao tiếp bằng các enzyme và điện cực, tăng độ nhạy và cho phép phát hiện ở mức độ tập trung thấp hơn chất lượng tử. Ví dụ, các khối u nano nano phân chia hạt đặc trưng được gửi vào các điện tử đồ thị đã cho thấy sự tăng lên gấp 10 lần trong mật độ điện tử hiện thời so với các điện tử thông thường [FT] so với các điện tử [FT] [g].

Các vật liệu nano vật liệu cũng cải thiện tính mạnh cơ học của lớp phủ cảm biến. Các lớp màng nano có thể được thiết kế để phát hiện nhiều chất amilyt cùng lúc - chất lỏng với ống nano hoặc khí nacica tương tác với khí nén và chất lỏng tự động tăng cường khả năng chống nước mắt và giảm sự tăng cường, giúp ổn định khả năng thẩm định cảm biến của cảm biến tiểu đường liên tục trong nhiều tuần. Hơn nữa, các hệ thống nano điện tử có thể được thiết kế để phát hiện nhiều chất gây nhiễu đồng thời từ các loài điện tử hoạt động và chất aclicicon, như là chất aciterin, và chất lượng cao, tiếp tục kiểm tra chất lượng cao, và khả năng phát hiện sự kết hợp giữa các chất lượng phân hủy của bệnh bạch cầu.

Đa thức thông minh: Giao hàng thích nghi ở Insulin

Các chất này có thể thay đổi được trong các tính chất vật lý hay hóa học để đáp ứng các tác nhân của môi trường như là chất PH, nhiệt độ, nồng độ tăng, hay là hoạt động enzyme. Trong bối cảnh của tuyến tụy nhân tạo, chất lượng đường huyết tương ứng với chất béo thông minh đặc biệt hứa hẹn. Những hệ thống này thường kết hợp các nhóm axit otida hay chất béo, chất béo tăng, các cơn sốt, phân hủy, hoặc thay đổi tùy theo chất insulin từ một nguồn chứa chứa.

Các nhà nghiên cứu đã phát triển các miếng vá vi đường đường kính siêu nhỏ làm từ các chất tương ứng thông minh mà không gây đau đớn cho insulin thông qua da mà không cần thiết cho một máy bơm hay ống thông minh (Ye et al., 2020) . Những miếng vá này có thể được mặc trong thời gian mở rộng và loại bỏ các phức hợp cơ học của các bộ dung môi truyền thống. Các hệ thống khác được thiết kế để kiểm soát các thiết bị cấy ghép khép kín trong cấu trúc, nơi mà chúng hoạt động như là bộ cảm biến và hoạt động tự động, đơn giản hóa toàn bộ hệ thống. Lấy thí dụ, một hệ thống cấu trúc chất béo có thể chứa chất hữu cơ trong môi trường tự nhiên, chỉ có thể được giải phóng chất insulin, khi hệ thống mô phỏng các chất hữu cơ, nhưng có thể được mô phỏng các vật liệu phân tử trong quá trình phát triển của chất insulin.

Những tiến bộ trong kỹ thuật cảm biến

Theo dõi liên tục đường phân tử đường huyết là xương sống cảm giác của mọi tuyến tụy nhân tạo. độ chính xác cảm biến, độ nhạy, độ trôi dạt, và tuổi thọ trực tiếp quyết định chất lượng của kiểm soát glyclymic.

Cảm biến Glucose dạng nhiễu: tăng độ bền và độ chính xác

Các thiết bị cảm biến chậm dùng chất đạm oidase hay chất đườnghydgena vẫn còn được tiêu chuẩn công nghiệp vì độ cụ thể cao. Các đổi mới gần đây tập trung vào các kỹ thuật thẩm định không hoạt động được của enzyme trong thời gian dài. Chẳng hạn, enzyme enctact enctrication trong cơ quan trung gian [FAWAD] hoặc cơ quan kim loại (MF) bảo vệ chống sự thiếu bão hóa và giáo dục. Một nghiên cứu cho biết rằng một sự kết hợp chất béo ocidase-MOMOMMMO được duy trì trên 80% hoạt động ban đầu sau 30 ngày liên tục [FT] [FL] [F: 0] khung kim loại (WWWWWAng] hoặc cơ cấu trúc kim kim loại (WAng] [F: 20L].

Ngoài ra, cấu trúc cảm biến mới giảm sự chậm trễ giữa các thay đổi liên tục và thay đổi đường huyết - một yếu tố quan trọng cho các thuật toán khép kín. Thiết kế vi lỏng mang lại chất lỏng liên kết nối nhanh chóng với lớp enzyme có thể đạt được thời gian trễ trong 5 phút so với các thay đổi điển hình của các mẫu máu thông thường của các thuật toán CGM. Một số mẫu mẫu mẫu đơn tích hợp mà lấy mẫu dịch lỏng, giảm dần các quá trình chuyển động trực tiếp. Cho phép điều khiển các thuật toán để phản ứng với sự lãng phí nhanh hơn, giảm nguy cơ bị giảm độ béo phình và tăng tốc độ cao.

Một xu hướng mới nổi là việc sử dụng các biến thể eci-xi-cô-la được tái tạo với sự ổn định nhiệt độ và sự kháng cự đối với chất ức chế. đã tạo ra enzyme duy trì hoạt động ở nhiệt độ cơ thể trong nhiều tháng, để giải quyết một trong những chế độ chính của các cảm biến truyền thống.

Không chậm chạp: vượt qua giới hạn lười biếng

Cảm biến nhiệt độ, dù có hiệu quả, nhưng lại chịu đựng những hạn chế vốn có: enzyme là protein có thể phân hủy theo thời gian, cần điều kiện nhiệt độ và nhiệt độ chính xác, và đắt để sản xuất. không dùng oxy hóa điện tử để phát hiện vật liệu nano trực tiếp, chẳng hạn như các dây nano đồng, sợi nano hydro bằng ni lông, và các cấu trúc nano nano bậc hai cũ đã cho thấy độ nhạy cảm cao và ổn định trong việc phát hiện chất lượng tử không có tính nhiệt độ phân giải.

Cảm biến không dùng chất đạm có thể giúp tăng cường sự sống, giảm cân đo lường, và giá thấp hơn. Tuy nhiên, thử thách vẫn còn trong việc đạt được tính năng chọn lọc các loài gây nhiễu như axit uric và a- xít a- xít. Công việc gần đây sử dụng chất lượng phân tử [FT: 0] hoặc màng có khả năng chọn lọc đã cho thấy sự cải thiện đáng kể về tính chọn lọc. Một bộ cảm biến không liên kết dựa trên chất lượng nhựa xốp có độ xốp bit (t- nic- ant) báo cáo giới hạn phát hiện 0.2 độ béo biển và ổn định hơn 60 ngày [FL0] [L:] (L0, 20- 21] [L: 1].

Một cách tiếp cận khác có hiệu quả từ trường sử dụng bộ cảm biến không gian (FET) với các kênh đồ thị hoạt động với phân tử kết hợp chất béo (hy vọng). Những bộ cảm biến này hoạt động không có phản ứng chất phóng xạ đỏ, loại bỏ nhu cầu điện cực tham khảo và đơn giản hóa cấu hình. Bộ cảm biến không dùng cơ bản đã hiển thị các phản ứng chậm chạp và khả năng đo lường chất béo trong nước bọt và nước mắt, mở mở ra khả năng kiểm tra không xâm nhập.

Bộ cảm biến có thể đeo và cấy ghép: Thiết kế ít va chạm

Sự thoải mái và sự tuân theo của người dùng là những trình điều khiển chính của việc nhận dạng tuyến tụy nhân tạo. Các cảm biến mặc mặc đã tiến hóa từ các thiết bị lớn, lỗ hổng đến những bản vá nhỏ có thể được đeo trên cánh tay, bụng hoặc thậm chí là các thấu kính liên lạc. Kỹ thuật biến đổi vi mô giúp sự tích hợp của điện cực, vi lỏng, và giao tiếp không dây trên các phụ thuộc linh hoạt. Những cảm biến này thường kết hợp các chất kết hợp các chất kết dính sinh học có thể tương ứng với nhau và điện tử thấp để giảm sự khó chịu da và khó chịu.

Các bộ cảm biến có thể cấy ghép cung cấp tiềm năng cho các hoạt động thực sự không cần tay. Các mô phỏng phụ có thể hoạt động hàng tháng mà không thay thế được, sử dụng vật liệu tương tự và các loại enzyme được mô tả trước đó. Một thách thức cho các cảm biến có thể cấy ghép là quản lý nguồn điện; chuyển giao năng lượng không dây và điện tử điện tử có thể hoạt động trong các tế bào nhiên liệu sinh học. Sự tiến bộ gần đây của các tế bào sinh học và oxy trong cơ thể cuối cùng có thể cấy ghép các cảm biến năng lượng và thậm chí máy bơm insulin mà không có ắc quy [FT: 0] (X: 0 [XE] (XE], 2022] [F22].

Các cảm biến dựa trên vi mô biểu thị một vùng giữa có thể mặc và cấy ghép: chúng chỉ xuyên qua các lớp da ngoài cùng (stratum corneum) để tiếp cận chất lỏng nối nhau, nhưng chúng có thể được thay thế dễ dàng bởi bệnh nhân. Công việc gần đây trên các thiết bị cảm biến điện tử rỗng được kết hợp với các thiết bị cảm biến điện tử đã cho thấy độ chính xác so với các CGM thương mại với các cơn đau do người dùng báo cáo.

Những thử thách và giải pháp hợp nhất

Việc chuyển đổi đột phá phòng thí nghiệm thành hệ thống tuyến tụy nhân tạo thương mại đòi hỏi giải quyết những thách thức tích hợp liên quan đến xử lý tín hiệu, thuật toán tương thích với hệ thống và mức độ đáng tin cậy nhất. Ngay cả cảm biến chính xác nhất cũng vô ích nếu tín hiệu bị hỏng bởi nhiễu hoặc nếu thuật toán điều khiển không thể xử lý định dạng dữ liệu mới.

Tiến trình xử lý tín hiệu và xử lý dữ liệu

Cảm biến phát triển, đặc biệt là không dùng hệ thống thông tin và vật liệu nano, thường tạo ra những tín hiệu không tuyến tính hoặc yêu cầu các đường cong cân chỉnh phức tạp. kỹ thuật xử lý tín hiệu cao cấp như bộ lọc Kalman và máy học cách xử lý các thuật toán phân tích được đang được triển khai để lấy ra tín hiệu chất lượng tử thật. Ví dụ, mô hình học sâu có thể bù đắp cho sự trôi dạt cảm biến bằng cách học hành vi phụ thuộc thời gian và sửa chữa kết quả trong thời gian thực.

Sự hợp hạch dữ liệu đến gần để kết hợp các dữ liệu cảm biến (v. d., chất Mê-hi-lu-gia cộng với tốc độ tích hợp hay nhịp tim) có thể cải thiện độ chính xác hơn. Việc sử dụng một loạt các cảm biến thừa với các cơ chế chuyển đổi khác nhau (v. d., thuật phức tạp và không dùng hệ thống thông tin). Việc làm nhiễu các kết xuất của chúng qua phương pháp Bayesian có thể cung cấp các ước tính mạnh mẽ hơn nếu một cảm biến thất bại hoặc trôi dạt.

Thuật toán thích nghi với cảm biến cấp cao

Các thuật toán điều khiển truyền thống như PID (các thuật toán điều khiển tương ứng- đối- đối- đối- đối lập) giả sử một phản ứng cảm biến có thể đoán trước. Động lực nhạy mới - nhanh- phản ứng nhanh hơn, các mô hình trôi khác nhau - có thể cần sửa đổi hoặc hoàn toàn mới chiến lược điều khiển. Mô hình kiểm soát (MPC) thuật toán dự đoán kết hợp một mô hình kích thích riêng của bệnh nhân về động lực lượng insulin-sulin là thích hợp để xử lý các biến thể này. Các nhà nghiên cứu cũng tăng cường các thuật toán học có thể thích ứng với cảm biến đổi và các tính năng của bệnh nhân qua thời gian.

Đối với hệ thống đôi hormone, các thuật toán phải điều khiển insulin và glucagon inmunation, yêu cầu thêm chức năng phức tạp hơn và an toàn hạn chế. các thuật toán cấp cao học các mẫu hình bữa ăn và tập luyện đang được kiểm tra trong các nghiên cứu lâm sàng, giảm nhu cầu cho người dùng đầu vào và di chuyển gần hơn đến hoạt động đóng kín toàn bộ.

Tương thích sinh học và độ tương thích với độ dài

Mặc dù đã tiến bộ trong thủy tinh và chất hữu cơ thông minh, sự cấy ghép lâu dài của các thành phần tuyến tụy nhân tạo vẫn phải đối mặt với các thử thách về sự kết hợp và viêm nhiễm, kết hợp với nhau để giải phóng các loại thuốc chống viêm hoặc các tế bào miễn dịch được kiểm tra.

Hệ thống cơ học vi mô (MEMS) đang được sử dụng để tạo ra các cảm biến siêu nhỏ và bơm làm giảm tổn thương mô khi cấy ghép. Ví dụ, một máy bơm insulin dựa trên MEMS với một khối lượng nhỏ hơn 1 cm3 có thể cung cấp các liều nanoliter chính xác, giảm nhu cầu cho các ống thông lớn thường gây ra phản ứng mô.

Hướng tương lai và tiểu đường cá nhân hóa quản lý

Mục tiêu cuối cùng của nghiên cứu tuyến tụy nhân tạo là tạo ra một hệ thống không chỉ tự động hóa việc phân phối insulin mà còn thích nghi với lối sống và sinh lý độc đáo của mỗi cá nhân.

Hệ thống đóng kín hoàn toàn

Hầu hết hệ thống tuyến tụy nhân tạo hiện thời là vòng khép kín, có nghĩa là họ vẫn cần thiết thiết thiết thiết thiết bị nhận diện thức và hiệu ứng thực tập trong bữa ăn. Toàn bộ hệ thống đóng kín để loại bỏ ống dẫn bằng tay là biên tiếp theo. Điều này đòi hỏi các đường dẫn và bộ cảm biến insulin hoạt động nhanh hơn, bộ nhạy hơn, và các thuật toán có khả năng dự đoán các hiệu ứng chuẩn đoán bữa ăn và hiệu ứng tập thể dục. Hệ thống đóng gói (insulin cộng với glucagon) cũng được phát triển; các vật liệu ổn định hình glucagon trong cơ sở dữ liệu có thể cấy ghép này là quan trọng cho việc tiếp cận.

Những thử nghiệm lâm sàng gần đây của hệ thống đóng kín hoàn toàn đã hiển thị những kết quả hứa hẹn, với những kết quả tương đối xa với khoảng thời gian vượt quá 70% ngay cả khi không có thông báo về bữa ăn. những hệ thống này thường sử dụng nâng cao máy học để dự đoán thời gian và kích thước bữa ăn dựa trên các mẫu lịch sử, kết hợp với dữ liệu cảm biến thời gian thực.

Thông minh Insulin và tự động chuyển hàng

Ngoài việc tích hợp vật chất, các nhà nghiên cứu đang phát triển “những phương pháp điều khiển insulin thông minh vận chuyển trong cơ thể và trở nên hoạt động chỉ khi lượng insulin cao.

Một khái niệm hứa hẹn kết hợp một loại insulin hoạt động lâu dài với một chất kháng insulin có tác dụng làm giảm lượng insulin cho đến khi lượng insulin tăng lên, giải phóng nó tại địa phương.

Xem xét các biện pháp và truy cập

Khi vật liệu và cảm biến mới nhập vào thử nghiệm lâm sàng, các đường dẫn điều chỉnh phải được xác định. Các cơ quan bảo mật đã thiết lập các hướng dẫn cho hệ thống tuyến tụy nhân tạo và cập nhật chúng để phù hợp với các loại cảm biến mới lạ.

Phân tích kinh tế cho thấy rằng hệ thống kín có thể có hiệu quả cao nếu nó giảm các biến chứng lâu dài, nhưng chi phí trước mặt vẫn là một rào cản. nỗ lực đang tiến hành phát triển các mô-đun, hệ thống có khả năng tương tác với bệnh nhân từ các nhà sản xuất khác nhau, có khả năng giảm chi phí qua cạnh tranh và tiêu chuẩn tương thích.

Kết luận

tuyến tụy nhân tạo đã cải thiện cuộc sống của nhiều người bị tiểu đường, nhưng tiềm năng của nó là rất xa với sự thật. chất dinh dưỡng - chất lượng, vật liệu nano, và chất na-nô thông minh - đang tăng cường sự tương thích sinh học, sự chính xác về cảm biến và sự chính xác giao tiếp. những tiến bộ trong công nghệ cảm biến, cả về mặt nhiệt độ lẫn không liên quan, đang đẩy các ranh giới của sự ổn định, tốc độ và sự thoải mái của người dùng.