Новый катализатор избавит от ежедневных проколов при измерении глюкозы
Разработан инновационный электрокатализатор, способный обеспечивать стабильную работу биосенсоров глюкозы на протяжении нескольких дней без потери точности. Это достижение имеет решающее значение для создания малоинвазивных и неинвазивных носимых устройств для диабетиков, так как устраняет потребность в регулярной калибровке, требующей забора крови. Исследование было поддержано Российским научным фондом (РНФ) и опубликовано в журнале Biosensors and Bioelectronics.
Согласно данным Международной федерации диабета, в мире насчитывается 590 миллионов человек, страдающих сахарным диабетом. Это заболевание, занимающее седьмое место среди причин смертности, чревато серьезными осложнениями, включая атеросклероз, потерю зрения и почечную недостаточность. Хотя диабет пока не поддается полному излечению, его осложнения можно значительно отсрочить, если поддерживать уровень глюкозы в крови в пределах нормы.
Пациентам с диабетом жизненно важно ежедневно контролировать уровень глюкозы. Для минимизации дискомфорта и риска инфекций, связанных с традиционным забором крови, растет интерес к малоинвазивным и неинвазивным носимым устройствам. Современные коммерческие биосенсоры для непрерывного мониторинга глюкозы имплантируются на глубину около 5 мм для измерения уровня в тканевой жидкости. Однако ключевой недостаток большинства этих устройств — требование ежедневной калибровки, которая всё равно подразумевает взятие образцов крови.
Большинство существующих глюкозных биосенсоров, включая используемые в клинических лабораториях, работают по принципу обнаружения пероксида водорода (H2O2). Этот пероксид образуется в результате реакции окисления глюкозы, катализируемой ферментом глюкозооксидазой. Однако при использовании платины для окисления H2O2 (метод, предложенный еще в 1970-х и до сих пор широко применяемый) возникает проблема ложноположительных показаний. Некоторые восстановители, такие как витамин C или мочевина, могут давать схожий сигнал, искажая результаты. Завышение концентрации глюкозы даже в два раза крайне опасно, поскольку разница между нормальным уровнем и уровнем, приводящим к диабетической коме, составляет менее полутора раз.
Еще в 1994 году исследователи из МГУ им. М. В. Ломоносова разработали электрокатализатор, который позволил обнаруживать пероксид водорода путем его восстановления, тем самым устраняя проблему ложноположительных результатов. Особо синтезированная берлинская лазурь (гексацианоферрат железа), помимо высокой селективности, показала в 1000 раз большую чувствительность по сравнению с платиной. Это открыло возможность для анализа не только крови, но и других биологических жидкостей, таких как пот, что является шагом к созданию полностью неинвазивных методов контроля глюкозы без необходимости прокола кожи или кровеносных сосудов.
В рамках недавнего исследования ученые успешно синтезировали новый композитный материал, объединив гексацианоферраты железа и никеля. Целью было улучшение стабильности электрокатализатора на микроуровне за счет добавления гексацианоферрата никеля. Синтез осуществлялся на границе раздела электрод-раствор, где происходит электрохимическое взаимодействие. Данные электронной микроскопии показали, что кристаллы полученного композита, покрывающие всю поверхность электрода, в 5-6 раз крупнее кристаллов чистой берлинской лазури. При этом композит, лишь незначительно уступая берлинской лазури в каталитической активности, демонстрирует в десятки раз превосходную эксплуатационную стабильность. Биосенсор глюкозы, разработанный на основе этого композитного электрокатализатора с нанесенной глюкозооксидазой, сохранял свою чувствительность и точность при непрерывном мониторинге физиологических концентраций глюкозы на протяжении более трех суток.
