Исследователи из Института физики полупроводников им. А.В. Ржанова СО РАН создают электронные гибкие сенсоры глюкозы, не требующие прокола кожи. Сегодня готов лабораторный образец, работающий на низкой скорости (время накопления сигнала 10-30 мин). Устройство определяет уровень глюкозы в поту. Оно будет полезно для больных сахарным диабетом и всем, кому важно контролировать уровень глюкозы в организме — например, спортсменам или людям, соблюдающим специализированную диету.
Чувствительный элемент сенсора (площадью несколько квадратных миллиметров) печатается на обычной офисной бумаге. Но чернила необычные — авторская разработка ученых ИФП СО РАН. На бумагу ложатся слои толщиной в единицы нанометров, из графена и проводящего полимера PEDOT:PSS. При нанесении такого композита на бумагу в слое формируются вертикально расположенные частицы графена, и они выступают как катализаторы окисления глюкозы, а уровень сигнала сенсора (его проводимость) зависит от количества продуктов окисления. Это первый в России образец сенсора такого типа.
Сенсор можно разместить на запястье или в любом другом месте, где удобно пользователю. Сейчас разрабатывается небольшой модуль для быстрого считывания (за доли секунды), преобразования, усиления сигнала и передачу данных на телефон через Bluetooth.
Подробные результаты работы опубликованы в журналах Physical Chemistry Chemical Physics, Российские нанотехнологии (принято в печать), Успехи физических наук. Недавно Роспатент включил разработку в рейтинг ТОП-10 изобретений в медицине, которые были запатентованы с 2023 года.
«Неинвазивные (не требующие прокола кожи) сенсоры глюкозы разрабатываются во всем мире. В качестве чувствительного элемента создается, как правило, многослойная структура, довольно толстый “пирожок”. В таком случае, чтобы обеспечить высокий уровень сигнала, требуется обильное потоотделение и дополнительный подогрев кожи. Мы выбрали другой путь — сделали очень тонкий слой с определенной структурой, которая обеспечивает селективность, и получили высокую чувствительность сенсора», — комментирует руководитель научной группы, ведущий научный сотрудник лаборатории физики и технологии трехмерных наноструктур ИФП СО РАН доктор физико-математических наук Ирина Антонова.
Это сенсор — резистивного типа: его электрическое сопротивление меняется при попадании молекул глюкозы на чувствительный элемент. В результате взаимодействия с потом проводимость сенсора увеличивается, что можно зафиксировать, подавая напряжение и измеряя электрический ток. Проводимость сенсора пропорциональна содержанию глюкозы в крови.
«Отличие нашего сенсора от разрабатываемых другими группами в России и за рубежом — в том, что мы нашли простой и дешевый способ получить высокий отклик с использованием графена, как основной чувствительной матрицы», — поясняет научный сотрудник молодежной лаборатории нанотехнологий и наноматериалов кандидат физико-математических наук Артем Иванов.
Исследователи подчеркивают, что новое устройство — не медицинский прибор, это датчик для бытового использования.
«Наш план-максимум на ближайшие несколько лет — сделать так, чтобы прибор работал легко и надежно, а получаемые результаты были понятны любому человеку. Преимущество наших сенсоров, кроме чувствительности — дешевизна, сохранение работоспособности при хранении сенсора более двух лет, возможность многократного использования», — добавляет Ирина Антонова.
Исследование показало, что недостаток сна повышает риск развития диабета