Kỹ thuật Nano, sự điều khiển vật chất ở mức độ nguyên tử và phân tử (thường là 1–100 nm) đang chuẩn bị cách mạng hóa các chẩn đoán y học và các liệu pháp. Trong bộ phận quản lý tiểu đường, ứng dụng có tác động lớn nhất của nó có thể là để tinh luyện các màn hình phân tử liên tục (CM) tạo ra bộ cảm biến của hệ thống tuyến tụy nhân tạo. Bằng cách khai thác các hiệu ứng lượng tử độc nhất và tỷ lệ bề mặt đối với các hoạt động, vật liệu nano có thể tăng cường độ nhạy cảm, sự cân bằng và ổn định lâu dài. Bài này khám phá cách tính toán cơ bản của bộ cảm biến điện tử, vật liệu điện tử, vật liệu điều khiển, vật liệu không gian, và kết thúc của việc chuyển đổi insulin trong tương lai, và kết quả của việc chuyển đổi insulin.

Bộ phận sinh dục học: Một hệ thống đóng cửa cho Quản lý Tiểu đường

Một tuyến tụy nhân tạo (hay hệ thống phân phối insulin kín) gồm ba thành phần tích tích hợp chặt chẽ: một bộ theo dõi insulin liên tục (CGM), một máy bơm insulin và một thuật toán điều khiển. Hệ thống CGM đo mức độ liên tục của chất đường huyết tương ứng với nhau trong một vài phút, truyền dữ liệu không dây đến thuật toán, tính toán lượng insulin thích hợp và ra lệnh máy bơm để cung cấp nó. Toàn bộ hệ thống nhắm để bắt chước chức năng phản hồi của một tuyến tụy lành mạnh, duy trì lượng đường huyết thanh hẹp (70 g80 md/dL) mà không cần sự can thiệp.

Thành công của vòng này phụ thuộc gần như hoàn toàn vào sự chính xác của cảm biến. Ngay cả 5% lỗi trong việc đọc lượng đường huyết có thể dẫn đến việc dùng chất insulin hoặc dưới dạng insulin, giảm nồng độ đường huyết thấp (từ dưới đường huyết thấp) hoặc tăng đường huyết cao (huyết tương đối cao). Hiện tại, các tế bào CGM, như các bộ cảm biến điện từ Dexcom và Abbott, sử dụng các thiết bị cảm biến oxy bòdase (GX) không hoạt động được hiệu quả trên một điện tử. Chất enzyme này vẫn có thể vượt qua sự hấp dẫn của chất khí hytrict, tạo ra khí hydro peride, rồi oxy hóa bề mặt điện tử, và tăng cường độ nhạy điện tử của các cảm biến đổi thành các thiết bị này. Trong khi các thiết bị này vẫn có thể tăng đáng kể 8 nano.

Những hạn chế của cảm biến Glucose

Mặc dù chúng được sử dụng rộng rãi, nhưng các cảm biến CGM hiện có bị ràng buộc bởi nhiều nút cổ chai hiệu suất:

  • Sự can thiệp và dịch chuyển [FLT: 1]: các hợp chất kích hoạt điện tử như axetaminophen, a-xít ascorbic, và axit uric có thể tạo ra các dòng chảy giả định. Theo thời gian, kết quả cảm biến trôi đi theo sự phát triển enzyme, PH địa phương thay đổi, hoặc sự tích hợp của protein và tế bào trên bề mặt cảm biến.
  • Ở mức độ phân tích rất thấp (v. d., trong thời kỳ bị giảm tuyến tính) tín hiệu cảm biến có thể trở nên phi tuyến tính, gây tổn hại chính xác nhất. Tương tự, ở mức độ cao chất enzyme phản ứng có thể bão hòa.
  • Thời gian :] Độ trễ của lượng đường huyết sau 5–15 phút. Trong khi không trực tiếp giải quyết bằng vật liệu nano, phản ứng cảm biến nhanh hơn có thể giảm hiệu ứng của sự chậm trễ này trên thuật toán điều khiển.
  • Cuộc đời hoạt động ngắn ): bộ cảm biến hiện tại phải được thay thế mỗi 7–14 ngày do sự thụ tinh enzyme, mô bắt đầu, và suy thoái điện cực. Điều này áp đặt một gánh nặng quan trọng trên người dùng và hệ thống chăm sóc sức khỏe.
  • Sự sắp xếp phụ thuộc ): nhiều CGM vẫn cần được định kì để chỉnh định kỳ cho đúng sự trôi dạt, đánh bại mục tiêu của một hệ thống phụ thuộc hoàn toàn tự động, người dùng.

Kỹ thuật viên Nano: Nguyên tắc và đặc tính độc đáo cho các cảm biến y học

Kỹ thuật viên Nano khai thác các tính chất đặc biệt về thể chất và hóa học nổi lên khi vật liệu được giảm xuống quy mô nano mét.

  • Tỷ lệ bề mặt cao ): Nnoparticles, nano lines và các tờ đồ thị có diện tích lớn cho sự ngưng hoạt động enzyme, tăng đáng kể số điểm phân tích và do đó các tín hiệu cảm biến.
  • Trong các máy bán dẫn như các dấu chấm lượng tử, bandgap trở thành kích cỡ phụ thuộc vào cơ chế này, cho phép điều chỉnh chính xác các tính chất quang học và điện tử. Việc này có thể được khai thác để phát hiện dạng thức nhận dạng dao động dựa trên lượng tử.
  • hoạt động phân tích ): hoạt động điện tử kim loại nanopartcles (vàng, bạch kim, paladium) và các chất khử trùng kim loại (culphot bằng ni-ô, niken) cho phép cảm nhận không bão hòa chất béo phì, không dùng chất béo.
  • Giao thông điện tử mở rộng : Carbon nano ống dẫn khí điện tử, hỗ trợ chuyển dịch điện tử trực tiếp giữa các vị trí hoạt động của enzyme và điện cực - tăng cường nhu cầu cho các trung tâm phân tích khí cầu nhân tạo có thể giải quyết và gây độc hại.

Những tính chất này cho phép các kỹ sư thiết kế bề mặt nhạy cảm hoạt động với độ nhạy chưa từng thấy. Chẳng hạn, chỉ một ống cacbon nano có lớp cacbon nano được bọc bằng Gex có thể phát hiện lượng đường huyết ở mức thấp như một vài micromoles, thấp hơn cả mức độ sinh lý học 3.9–7.8m), tạo ra một vùng hoạt động rộng và nhiễu tối thiểu.

Công nghệ Nano tăng cường độ chính xác của bộ phận cảm biến nhân tạo

Những vật liệu không xác định trực tiếp và phân tích Glucose

Một trong những ứng dụng trực tiếp nhất là thay thế phát hiện khí oxy bằng các bộ cảm biến không dùng chất đạm không phải là chất enzyme, dựa trên các khối nano kim loại hay chất khử trùng kim loại. Các mô phỏng nano có khả năng tiên tiến nhất: có thể phân tích điện tử phân tích sự biến đổi điện tử của chất graclit mà không có enzyme, cung cấp khả năng điều khiển tốt, và có thể được chức năng tăng cường bề mặt để nạp enzyme nếu muốn. Các dây nano co- tan có độ điện tử có độ lớn hơn nhiều lần điện cực thông thường, với phản ứng dưới một thứ hai. Những vật liệu này có thể không ổn định và có khả năng hoạt động rộng hơn và tăng nhiệt độ cảm biến nhiệt độ, và mở rộng hơn.

Cảm biến quang học cũng hưởng lợi từ công nghệ nano. Các mô phỏng nano vàng cho thấy sự cộng hưởng của bề mặt địa phương (SSP) màu của chúng thay đổi khi tổng hợp hoặc khi hệ thống chính trị cục bộ thay đổi chỉ số khi kết nối với chất béo. Các nhà nghiên cứu đã phát triển các cảm biến dựa trên chất lỏng LSPR có thể đo lường trong dịch quang học lẫn nhau, cung cấp một phương pháp thay thế cho các phương pháp điện hóa học dễ bị ảnh hưởng bởi sự can thiệp điện tử hơn.

Chuyển đổi và chuyển đổi điện tử cường độ và độ mở tín hiệu

Trong một bộ cảm biến điện tử thông thường, vị trí hoạt động của enzyme (hình ảnh điện tử xen kẽ, FAD) được chôn sâu trong cấu trúc protein, làm cho điện tử chuyển tiếp điện tử đến điện cực không hiệu quả. Các thiết bị điều hòa như là máy bay bay bay hay máy bay phản lực của enzyme được dùng để làm rò rỉ hoặc làm nhiễu các thiết bị cảm biến. Ống nano và đồ thị nano, với lượng điện tử cao và một cấu trúc đa chiều, có thể đạt được điện tử chuyển tiếp (DD). Các nhà nghiên cứu cho thấy các thiết bị điều khiển tương ứng với các ống dẫn khí cacbon nano có khả năng cao và sự ổn định của các ống dẫn chất độc.

cộng với một vùng bề mặt siêu lớn (theo nghĩa đen là 2630 m2/g) và sự di chuyển của electron phi thường. Cảm biến dựa trên chất lượng ecene đã hiển thị phản ứng nhanh lần ( non- tinh), các đặc điểm tăng tốc độ vượt quá 100 M/M·cm2, và các giới hạn phát hiện như là 1, 2. 0M- 1, 0M - 1, 2. 0 phần trăm những gì cần thiết cho hoạt động an toàn của CGM.

Lựa chọn được cải thiện và giảm tính can thiệp

Một phương pháp là gửi một màng tích điện tử lớn hơn gồm chất lỏng lỏng hoặc chất lỏng kim loại (MOFs) vào điện cực. Các vật liệu nano này chỉ cho phép các phân tử nhỏ (như chất đạm và oxy) đi qua trong khi chặn các chất gây nhiễu điện cực lớn hơn. Một phương pháp khác dùng chất lỏng có chất lỏng phân tử (MIP) kết hợp với các khối nano để tạo ra các địa điểm nhận diện tổng hợp chính xác kích cỡ, hình dạng và chức năng. MIP là chất hóa học và nhiệt độ cao, không cần thiết để làm cho các cảm biến có thể tái tạo, và có thể tạo lại các cảm biến mạch có thể tưởng tượng dài.

Cảm biến dạng nhỏ, dễ kéo giãn, và các cảm biến dạng nhỏ

Các thiết bị cảm biến vật lý được phát triển với công nghệ nano. Các dây nano Ziccc được nhúng trong các lớp chất lỏng linh hoạt, cho phép các miếng vá phù hợp với da. Các mảng vi mô được bao phủ bởi vật liệu nano có thể thâm nhập các biểu sinh để tiếp cận chất dịch liên kết, giảm phản ứng của cơ thể bên ngoài và tăng độ thoải mái cho bệnh nhân. Những thiết kế này có thể dẫn đến các cảm biến hầu như vô hình với người dùng, tăng cường và cho phép giám sát nhất quán hơn.

Các vật liệu quan trọng trong việc nghiên cứu cảm biến

Một số lớp vật liệu nano đang được điều tra tích cực cho ứng dụng CGM. Những danh sách sau tóm tắt những lợi ích chính và tình trạng nghiên cứu hiện thời của họ:

  • Các khối nano nano nano màu vàng [AuNPs] ]:: tính dẫn điện cao, tính tương thích sinh học, chức năng dễ dàng hóa điện tử. Dùng trong cả bộ nhạy quang điện và LSPR. Được chứng minh để tăng độ nhạy bằng nhiều thứ tự độ lớn.
  • Carbon nano ống [CNS] ]: chuyển dịch tốt, cường độ điện tử cao, độ bền hóa học ổn định. Cho phép trình điều khiển cảm biến miễn phí. Một trong những máy tính này cung cấp độ đồng nhất cao hơn nhưng chi phí cao hơn.
  • Graphene và i-pho-xít (GO) ): diện tích bề mặt siêu lớn, linh hoạt, cá ngừ, tính chất điện tử có thể cá ngừ. Giảm đồ thị bằng gGO (rGO) được nghiên cứu rộng rãi như một vật liệu điện tử. chấm lượng tử (GQD) phô bày quang học.
  • Không có hoạt động phân tích chất lỏng tới chất Mê-xít (CuO, NiO, Co3O4, TiO2) : không có hoạt động phân tích hóa đối với chất lượng cao. Có thể, nhưng có thể yêu cầu các cấu trúc ưu việt cao - được kiểm soát bằng cách gõ hoặc kết hợp.
  • Các khung hình đơn giản và kim loại [MOLT:1) [FLT: 1] được dùng như là các màng phân tử kích cỡ. MOFs cung cấp độ linh hoạt cao và khả năng kết hợp các trung tâm phân tích trong các lỗ chân lông.

Để thâm nhập sâu hơn vào hóa học của những vật liệu này, độc giả được đề cập đến một bài phê bình xuất sắc bộ cảm biến ().

Tương thích sinh học và ổn định chức năng lâu dài

Đối với bất kỳ cảm biến đã được cấy, sự tương thích sinh học là tối quan trọng. Nnoparticles có thể được lấy bởi tế bào, có khả năng gây căng thẳng oxy hóa, viêm nhiễm hoặc viêm màng bụng. Tuy nhiên, nghiên cứu sâu rộng tập trung vào việc phủ vật liệu nano với chất sinh học tương ứng với chất polyethlylycil (PEG) hoặc dùng vỏ sò để bảo vệ lõi chất độc. Hơn nữa, bề mặt cảm biến phải chống lại chất thải sinh học. Các cấu trúc khác nhau như nano, nanogra, nano nathan, hydronel, hydronel, hay hydronancel - chất lượng protein hóa dễ dàng hơn và các mô phản ứng thuận lợi.

Các nghiên cứu về dài cho thấy vật liệu nano có thể mở rộng đời sống chức năng. Tính năng Gefmux trong ma trận nano của silo đã bảo tồn hoạt động của enzyme trong nhiều tháng trong ống nghiệm. Trong vitro, các thiết kế như thế có thể mở rộng khoảng thời gian thay thế cảm biến từ tuần này sang tháng khác. Một kết quả then chốt là cải thiện thời gian (T) - tỷ lệ phần trăm số người dùng dành với chất đạm trong phạm vi mục tiêu. Các mô phỏng cho thấy các cảm biến na- nethanced với idD. d. d. < 7,% 0 của T20%% 2 là tăng theo thời gian, so với các cảm biến đổi thời gian hiện thời gian và giảm rủi ro có thể có rủi ro hơn và hiệu quả hơn.

Những thử thách trên con đường đi nhận con nuôi tại bệnh viện

Tạo ra khả năng xác thực và chi phí

Việc sản xuất vật liệu nano với kích thước, hình dạng và chức năng nhất quán ở quy mô thương mại vẫn còn khó khăn. Khả năng biến đổi Batchtobatch có thể ảnh hưởng mạnh mẽ đến hiệu suất cảm biến và yêu cầu điều chỉnh lại rộng rãi. Giảm chi phí là thiết yếu để làm cho các cảm biến này có giá phải chăng, đặc biệt là trong thiết lập mã nguồn thấp.

Chất độc và chất ức chế được chấp thuận

Những cơ quan điều tiết như cơ quan năng lượng hóa học đã thiết lập những cơ cấu để đánh giá các thiết bị y khoa dựa trên chất nano, nhưng dữ liệu độc tính phức tạp về phương pháp nano vẫn chưa được hoàn thành. Chẳng hạn, việc giải quyết các ống cacbon nano từ cơ thể là không được hiểu rõ; một số nghiên cứu cho thấy chúng có thể bền bỉ và gây ra xơ cứng nhắc.

Hợp nhất với hệ thống tồn tại

Những công nghệ cảm biến mới phải giao tiếp liên tục với các máy bơm insulin, thuật toán và ứng dụng di động. Tương thích với năng lượng thấp kết hợp với các dữ liệu mã hóa và xử lý thời gian thực là những rào cản kỹ thuật thêm.

Kiểm tra lâm sàng

Trong khi hàng trăm giấy học thuật báo cáo ấn tượng trong các kết quả tối hậu, chỉ vài bộ cảm biến chất nano dựa trên đường dẫn đường đã nhập vào thử nghiệm của con người. Các nghiên cứu lâm sàng đa chiều lớn cần thiết để chứng minh sự an toàn và độ chính xác so với các CGM hiện tại. Bộ đo lường ma trận có hứa hẹn [FL: 0] trình duyệt cảm biến vật chất [FL: 7%]. Một người mới đây sử dụng đồ thị dựa trên đồ thị của người dùng đồ thị bậc hai.

Những hướng đi trong tương lai và những cuộc chiến tranh gay go

Bộ nhạy tự điều chỉnh

Kết hợp nhiều vật liệu nano có thể tạo ra các cảm biến tự động để hiệu ứng trôi đi mà không cần người dùng can thiệp. Ví dụ, một điện cực tham khảo được làm từ một vật liệu nano khác mà không quan tâm đến chất béo phì có thể được sử dụng để trừ đi nhiễu nền trong thời gian thực.

Hệ thống Dual Hormone đóng cửa

Các hệ thống này cần thiết ngay cả cảm biến nhanh hơn để ngăn chặn sự thiếu hụt máu.

Bộ cảm biến sinh học và sinh học

Các nhà nghiên cứu đang phát triển vật liệu nano để bắt chước bộ máy phân tích đường huyết của tế bào tuyến tụy, chẳng hạn như các vessicles tổng hợp chứa thuốc nhuộm huỳnh quang được phát ra khi kết dính với nhau có thể là phóng viên quang học, làm mờ đường giữa bộ cảm biến và động cơ.

Không theo dõi trực tiếp

Mục tiêu cuối cùng là tiếp tục, không phải là chất béo không xâm nhập được, không phải là mồ hôi, nước mắt hay nước bọt.

Kết luận

Công nghệ Nano có tiềm năng rất lớn để thay đổi sự chính xác của tuyến tụy nhân tạo, giải quyết những giới hạn cốt lõi của độ nhạy cảm, tính ổn định, sự tương thích sinh học và sự tương thích sinh học. bằng cách cho phép phát hiện không dùng điện tử, sự chuyển hóa trực tiếp electron, và sự can thiệp thông minh, vật liệu nano có thể đẩy hiệu suất CGM vượt quá khả năng với các điện cực thông thường dựa trên enzyme. trong khi những thử thách trong việc sản xuất, độc hại, và sự hợp pháp hóa vẫn tiếp tục, tốc độ nghiên cứu và phát triển công nghệ tăng đề nghị rằng các cảm biến nano đã được thiết kế để tăng cường khả năng chăm sóc tiểu đường trong vòng một thập kỷ tới. Đối với hàng triệu người sống với 1 loại bệnh tiểu đường, những tiến bộ tăng áp suất tăng áp suất cao hơn, giảm thiểu năng hấp thụ và cải thiện đáng kể các sự sống của chúng ta một cách đáng kể của tuyến tính chất lượng cao hơn nữa, và cải thiện hệ thống dẫn đến việc sử của tuyến tính chất lượng đường dẫn đến tuyến tính chất lượng của tuyến tính nhân tạo của tuyến tính nhân tạo của tuyến tính nhân tạo