Биосенсоры: основы и приложения - Тёрнер Э.
Скачать (прямая ссылка):
12. Стоимость: низкая.
20.5.0Л. Место мониторинга. Хотя концентрация глюкозы в крови является
параметром, представляющим основной клинический интерес, риск серьезного
заражения и образования тромбов на чувствительном элементе исключает
кровяной поток как место долговременного мониторинга. Предпочтение
следовало бы отдать такому неинвазивному методу, как чрескожный
мониторинг. В настоящее время имеется мало информации о проницаемости
кожи для глюкозы. В 1979 г. Кларк [10] показал на кошке, находящейся под
наркозом, что если сделать подкожную инъекцию глюкозы и поместить на
место инъекции 02-электрод, то при внутривенной инъекции глюкозы
показания электрода будут соответственно меняться. Автор полагает, кроме
того, что фермент можно удерживать силастиковой мембраной, имплантируемой
на длительное время.
В качестве места мониторинга глюкозы предлагали также внутриглазную
жидкость. Используя метод оптического вращения, авторы [33] обнаружили
хорошую корреляцию между концентрацией глюкозы в пробах внутриглазной
жидкости и крови кролика. Этот метод, однако, вряд ли найдет широкое
применение для in vivo мониторинга глюкозы у человека, так как он требует
объемного и часто неудобного оборудования, а на его результаты могут
влиять различные вещества, имеющиеся в крови.
С практической точки зрения подкожная ткань была бы наиболее удобным
местом для мониторинга. Именно сюда в течение нескольких лет непрерывно
вводят инсулин без серьезного инфицирования или неблагоприятной местной
тканевой реакции [43]. Подкожные инъекции, кроме того, хорошо переносятся
большинством диабетиков. Однако в настоящее время имеется мало
независимой информации о концентрации глюкозы в подкожной ткани и ее
связи с уровнем глюкозы в крови. Авторы [59] имплантировали
модифицированные гайтоновы капсулы, диализные мешочки и мембранные
устройства Millipore в подкожное межклеточное пространство, перикард,
плевру и брюшину бабуинов и/или кроликов на срок до шести месяцев.
Концентрация глюкозы в жидкости, заполняющей эти приборы, находилась в
диапазоне от 50 до
Применение in t iro сенсоров в медицине
299
Н5мг/дл (2,8-6,4 ммоль/л). Этот метод, однако, не дал какой-либо
информации о динамике обмена глюкозы между кровью и тканью. Сведения по
этому вопросу приведены ниже.
20.5.0.2. Размер. Этот параметр важен по крайней мере в трех аспектах.
Во-первых, очевидно, что сенсор большого размера мало приемлем для
пациентов. Во-вторых, при введении большие сенсоры неминуемо приводят к
большему повреждению ткани, чем небольшие, и, помимо кровотечения, они
могут изменять соотношение содержания глюкозы в ткани и крови из-за
локальных изменений скорости потока крови и мышечной проницаемости. И, в-
третьих, тонкие сенсоры игольчатого типа, видимо, вызывают меньшую
реакцию ткани, чем большие плоские устройства [60].
20.5.0.3. Биологическая совместимость. Совместимость имплантируемых
устройств определяется множеством факторов, но наиболее важным из них
является природа материала. Хотя о биосовместимости полимеров и пластиков
написаны целые тома книг, большинство этих материалов не годится для
биосенсоров. Здесь мы рассмотрим некоторые материалы, которые можно
использовать при конструировании глюкозного сенсора. По всей вероятности,
такой сенсор будет представлять собой металлическую иглу; и платина, и
нержавеющая сталь имеют хорошую биологическую совместимость и
механическую прочность.
Большинство глюкозных сенсоров покрывают полиуретановой или
ацетилцеллюлозной мембраной [40, 51] (см. также гл. 23). Именно мембрана,
отделяющая тело от самого сенсора, по существу и определяет
биосовместимость. Функцией мембраны является удерживание компонентов
электродного сенсора (ферментов, медиаторов и коферментов), контроль
доступа глюкозы и потенциально мешающих веществ в сенсор, создание
диффузионного барьера, который расширяет диапазон линейности отклика
сенсора без разбавления пробы, и определение в общих чертах кинетического
режима работы сенсора [39].
20.5.0.4. Линейность. Поскольку у больных диабетом уровень глюкозы в
крови колеблется в пределах 2-30 ммоль/л, сенсор должен иметь линейный
или предсказуемый отклик приблизительно в таком диапазоне.
20.5.0.5. Разрешение. Разрешение должно быть на уровне 1 мМ или меньше,
если прибор должен служить для эффективной индикации гипогликемии. Но при
больших концентрациях глюкозы (около 15 ммоль/л) достаточно точности
+20%.
20.5.0.6. Специфичность. Сенсор должен быть специфичным к глюкозе. На
показания прибора не должны влиять лекарственные препараты или другие
метаболиты, помимо глюкозы, с которыми связаны нарушения при диабете.
20.5.0.7. Дрейф. Показания сенсора должны быть стабильны и иметь дрейф не
более примерно 10% в день.
20.5.0.8. Время отклика in vitro. В настоящее время имеется мало
информации об относительных временах изменения концентрации глюкозы в
крови и тканях. Наши исследования на свиньях (см. ниже) показали, что
