Пот вместо крови. Томские учёные создали «умный» сенсор для диабетиков

Томским учёным удалось разработать устройство, которое способно измерять уровень глюкозы в крови человека лишь по одной капле пота. Совместно с коллегами из Китая учёные ТПУ создали прибор, работающий даже после 15 тысяч циклов зарядки и разрядки, сохраняя все свои функции.

В Томском политехническом университете учёные совместно с китайскими коллегами разработали устройство, которое определяет уровень сахара в крови без уколов, которыми пользуется большинство диабетиков в наше время. Достаточно приложить к коже пластырь со специальным устройством — и он считывает все показатели благодаря поту. Результаты проведённых учёными ТПУ экспериментов были опубликованы в журнале Chemical Engineering Journal.

Благодаря совершенствующейся технологии сенсоров в персонализированной медицине носимые сенсорные датчики становятся более востребованными. Такие приборы могут в режиме реального времени отслеживать различные показатели здоровья. А анализ пота среди всех возможных подходов к сбору данных о здоровье человека является самым перспективным, так как в пот содержит элементы, которые показывают не только метаболизм глюкозы, но и физиологические изменения организма. В традиционном варианте такие устройства очень большие и неудобные, так как сам сенсор шёл в комплекте с источником питания, что делало его неудобным для использования вне дома.

Новый сенсор сделан из гибридного материала на основе углеродных нанотрубок и никелевой сетки. Простыми словами, одна часть материала «чувствует» глюкозу, а другая быстро передаёт сигнал, при этом сенсор точно показывает именно уровень глюкозы, не обращая внимание на другие вещества, которые тоже присутствуют в биологической жидкости человека.

По словам Рауля Родригеса, профессора Исследовательской школы химических и биомедицинских технологий ТПУ и соавтора исследования, сенсор создан как гибридная структура, в которой тонкие нанолисты из никеля выполняют роль участка, где и происходят необходимые электрохимические реакции. Углеродные нанотрубки же являются ускорителями реакций. Благодаря им происходит взаимодействие сенсорной системы с молекулами глюкозы.

Учёные уже провели различные тесты и установили, что прибор обладает достаточно высокой чувствительностью, а также устойчивостью к помехам. Устройство реагирует на глюкозу в протестированных образцах пота в течение пяти секунд.

Особенность нового устройства также заключается в том, что она не требует внешнего питания. Учёные объединили датчик с гибким суперконденсатором — компактным накопителем энергии, который заряжается от движений или перепадов температуры и сам питает систему. Благодаря этому устройство получилось лёгким, гибким и работает без батареек. Тесты показали, что новый накопитель лучше старых, работающих на основе железа, никеля и кобальта. Энергоёмкость нового устройства составляет 61,1 Вт·ч/кг, а плотность мощности — даже 746,7 Вт·ч/кг. Рауль Родригес сообщал:

«Устройство сохранило около 80 % начальной емкости после 15 тысяч циклов зарядки-разрядки и при многократных изгибах, что особенно важно для гибких носимых устройств».

Работу устройства уже проверяли на человеке. Доброволец закрепил модуль на коже и в течение 40 минут занимался спортом, а всё это время сенсор в реальном времени передавал данные о глюкозе на смартфон через Bluetooth. Для контроля параллельно использовали обычный привычный всем датчик — результаты совпали, что подтвердило надёжность разработки.

Такие сенсоры будут использовать в персонализированной медицине. Людям с диабетом больше не придётся постоянно прокалывать палец, чтобы измерить сахар в крови, а спортсмены смогут следить за своим состоянием прямо во время тренировок, без остановок и дополнительных приборов.

Ранее Бабр писал, что учёные ТПУ предложили новый способ добычи компонентов для изготовления топлива из пластиковых отходов. Этот способ позволит получать популярные марки бензина без использования нефтепродуктов и, соответственно, затрат природных ресурсов, а также сократит количество длительно разлагаемых пластиковых отходов, загрязняющих планету.

Фото: news.tpu.ru