Pendant des décennies, les personnes atteintes de diabète ont eu recours à des piqûres au doigt pour prélever du sang ou à des micro-aiguilles adhésives pour mesurer et gérer leur taux de glucose. En plus d’être douloureuses, ces méthodes peuvent provoquer des démangeaisons, des inflammations et des infections.
Les chercheurs du TMOS, le Centre d'excellence du Conseil australien de la recherche pour les systèmes méta-optiques transformateurs, ont franchi une étape importante vers l'élimination de cet inconfort. Leur équipe de l'Université RMIT a découvert de nouveaux aspects de la signature infrarouge du glucose et a utilisé ces informations pour développer un capteur optique miniaturisé de seulement 5 mm de diamètre qui pourrait un jour être utilisé pour assurer une surveillance continue et non invasive du glucose dans la gestion du diabète.
La détection non invasive du glucose est une cible depuis près de 30 ans en raison de ses implications pour une surveillance sans douleur. Des techniques de détection optique du glucose ont été rapportées ; cependant, ils nécessitent des instruments optiques complexes que l’on trouve généralement dans les laboratoires, ce qui les rend impropres à une utilisation régulière par les patients.
Le principal défi auquel sont confrontés les tests optiques de glucose portables et abordables a été la miniaturisation et le filtrage des signaux de glucose provenant des pics d'absorption d'eau dans le spectre proche infrarouge (NIR). Essentiellement, il est presque impossible de faire la différence avec précision entre l’eau et le glucose dans le sang. Jusqu'à maintenant.
Dans une recherche unique en son genre publiée dans Recherche avancée sur les capteurs cette semaine, l'équipe a identifié quatre pics infrarouges dans le glucose qui permettent une identification sélective et sensible dans les environnements aqueux et biologiques. L’équipe souhaite collaborer avec des partenaires universitaires et industriels pour poursuivre ce travail et mener des recherches précliniques et cliniques, ce qui ouvrirait la porte au développement de capteurs optiques de glucose portables.
L'équipe a fabriqué un capteur de glucose miniaturisé établi sur une bande d'ondes de 1 600 à 1 700 nm, compatible Bluetooth et fonctionnant à l'aide d'une pile bouton, ce qui permet une surveillance continue du glucose. Ce capteur compact a démontré sa viabilité en détectant des niveaux de glucose dans le corps humain allant de 50 à 400 mg/dL dans le plasma sanguin, avec une limite de détection et de sensibilité comparable à celle des capteurs de laboratoire plus grands. Ses petites dimensions pourraient le voir un jour intégré aux montres intelligentes et autres trackers de santé portables sans douleur.
Jusqu'à présent, il n'y a pas de consensus sur la signature spectroscopique unique du glucose, en grande partie parce que les liaisons OH ciblées par la spectroscopie proche infrarouge (NIR) pour la détection du glucose sont également abondantes dans l'eau. Cette similarité rend difficile la distinction entre les signaux du glucose et de l’eau, en particulier dans les fluides et tissus biologiques complexes. Nous avons optimisé la configuration de la spectroscopie et analysé la transmission pour identifier les pics uniques au glucose. Notre découverte fournit enfin les informations nécessaires pour aller de l'avant avec la détection optique miniaturisée du glucose et nous avons développé un prototype de dispositif pour suggérer les bases d'un capteur de glucose non invasif futuriste.
Mingjie Yang, auteur principal, doctorant RMIT
Le prototype de l'appareil utilise une diode électroluminescente (LED SMD) montée en surface et des circuits constitués d'une couche mince de polyamide recouvert de cuivre (Cu/PI) de seulement 110 microns d'épaisseur développés avec une technologie de structuration au laser. La conception légère et à l'échelle millimétrique de cet appareil le rend considérablement plus compact que les spectrophotomètres de paillasse traditionnels. De plus, la conception flexible en forme de patch offre la possibilité future d’une lecture directe en tant qu’appareil portable sur la peau humaine.
Les performances de l'appareil ont été rigoureusement évaluées à l'aide de solutions aqueuses de glucose ainsi que dans le plasma sanguin. Une analyse informatique de l'interférence lumière-peau a été réalisée pour indiquer comment la LED SMD pénétrera dans la peau. Les résultats de simulation suggèrent des emplacements prometteurs pour une exploration future de la détection optique du glucose dans des configurations cliniques.
La nature non invasive des capteurs optiques de glucose a le potentiel d'améliorer l'observance du patient, de réduire l'inconfort et de réduire les risques d'infections associés à la surveillance invasive de la glycémie. Avec les bons collaborateurs/partenaires et le bon financement, cela peut représenter un changement important vers une détection continue et indolore du glucose.
Madhu Bhaskaran, enquêteur en chef du TMOS
Les capteurs portables, tels que celui développé par les chercheurs de TMOS au RMIT, font partie du programme phare des capteurs de santé Meta du Centre ; un programme de recherche appliquée dédié au développement de capteurs méta-optiques pour les applications MedTech.
L'Université RMIT a déposé une demande de brevet relative à la technologie de capteur optique de glucose développée par l'équipe.
