Codzienne kontrolowanie glukozy nadal kojarzy się z nakłuciem palca albo z czujnikiem pod skórą. Dla wielu pacjentów to rutyna, ale też dyskomfort, koszty i ciągłe myślenie o kolejnym pomiarze. Właśnie dlatego rośnie zainteresowanie metodami, które ograniczają kontakt z krwią i pozwalają zrobić szybki test „tu i teraz”. Nowy pomysł rozwijany przez polsko-indyjski zespół z udziałem Instytutu Łączności – PIB zakłada wykorzystanie światła i kropli moczu, w której przy wysokich poziomach cukru może pojawić się glukoza. Na razie to etap symulacji komputerowych, ale wyniki sugerują, że sygnał mógłby być czytelny i stabilny.
Dlaczego mocz stał się nową próbką do domowych pomiarów glukozy?
Punkt wyjścia jest zaskakująco prosty – jeśli glukoza bywa obecna w moczu przy podwyższonych wartościach cukru we krwi, to właśnie ta próbka może nadawać się do szybkiego testu przesiewowego. Taki scenariusz nie miałby zastąpić klasycznych metod, tylko odciążyć je tam, gdzie liczy się wczesne ostrzeżenie. W gabinecie, na izbie przyjęć albo w domu łatwiej jest pobrać niewielką ilość moczu niż wykonywać kolejne nakłucia, zwłaszcza gdy ktoś dopiero podejrzewa problem i potrzebuje pierwszego sygnału. To ważne także dlatego, że część osób z zaburzeniami gospodarki cukrowej długo nie ma jednoznacznych objawów, a badanie odkłada na później. Szybki test bez krwi mógłby więc działać jak „czerwone światło” – warto sprawdzić się dokładniej, zanim kłopoty urosną.
Rezonans plazmonów powierzchniowych wyjaśnia, czemu światło widzi cukier w moczu
W proponowanym podejściu kluczowe jest zjawisko SPR, czyli rezonans plazmonów powierzchniowych, znany z ogromnej czułości na zmiany tuż przy powierzchni materiału. W praktyce wiązka światła przechodzi przez pryzmat i trafia na bardzo cienką warstwę metalu. Dla konkretnego kąta padania dzieje się coś charakterystycznego – odbite światło gwałtownie słabnie, bo jego energia „przeskakuje” w drgania elektronów na granicy metalu. Ten moment działa jak znacznik, który da się precyzyjnie odczytać. Gdy na powierzchni pojawi się próbka cieczy, zmienia ona lokalne własności optyczne układu, a znacznik przesuwa się. Zespół zakłada, że wzrost stężenia glukozy w moczu zwiększa współczynnik załamania światła próbki, więc przesunięcie kąta rezonansowego można powiązać z wynikiem pomiaru, bez barwników i chemicznego „zużywania” próbki.
Wielowarstwowa konstrukcja ma wzmocnić sygnał i chronić materiały przed wilgocią
Same prawa fizyki to dopiero połowa drogi, druga połowa to inżynieria materiałowa, która ma wycisnąć z układu jak najmocniejszy sygnał. W modelu pojawia się układ kilku warstw – pryzmat z fluorku wapnia, następnie miedź jako warstwa generująca wyraźny efekt SPR, bardzo cienki nikiel jako ochrona, dalej perowskit MAPbBr3 wzmacniający oddziaływanie światła z próbką, a na wierzchu warstwa 2D stabilizująca kontakt z cieczą. Całość analizowana jest metodą macierzy transferowej, typową dla takich struktur, gdzie liczy się każda grubość i każda granica między materiałami. W symulacjach sprawdzano odpowiedź układu dla moczu o współczynniku załamania w zakresie około 1,335 do 1,347, co ma odpowiadać przejściu od wartości bliskich normie do wyraźnie podwyższonych stężeń glukozy. Wynik jest obiecujący – przesunięcie znacznika powinno być na tyle duże, by stabilnie rozróżniać „niższe” i „wyższe” próbki.
Od symulacji do urządzenia – najtrudniejsze będą testy kliniczne i kalibracja
Największa zmiana zacznie się wtedy, gdy projekt wyjdzie poza komputer i trafi do realnych próbek. Mocz to środowisko złożone, a jego skład może różnić się między osobami i w czasie, więc trzeba będzie udowodnić odporność czujnika na substancje zakłócające, osady i naturalne wahania parametrów. Kolejne wyzwanie to trwałość warstw, zwłaszcza jeśli część materiałów jest wrażliwa na wilgoć, temperaturę czy zabrudzenia, co w użyciu codziennym jest nieuniknione. Krytyczna będzie też kalibracja – urządzenie ma podpowiadać, kiedy wynik jest na tyle niepokojący, by zrobić dokładniejszy pomiar z krwi, a nie generować fałszywe alarmy. Zespół podkreśla więc ostrożny cel – to ma być narzędzie przesiewowe i wspierające monitorowanie, a nie natychmiastowy następca glukometru. Jeśli jednak uda się przejść etap prototypu i walidacji, „światło zamiast igły” może stać się realnym pierwszym krokiem diagnostycznym dla wielu osób.
Źródło:
- https://www.gov.pl/web/instytut-lacznosci/swiatlo-zamiast-igly-nowe-podejscie-do-pomiaru-glukozy
- https://naukawpolsce.pl/aktualnosci/news%2C111355%2Cswiatlo-zamiast-igly-pomysl-na-czujnik-glukozy-z-kropli-moczu.html
- https://www.polskieradio.pl/395/7789/artykul/3637870,polish-indian-researchers-model-urinebased-glucose-sensor-using-optical-method
- https://portal.abczdrowie.pl/glukoza-z-moczu-zamiast-z-krwi-naukowcy-pracuja-nad-optycznym-czujnikiem/7246159895021760a
- https://ouci.dntb.gov.ua/en/works/962knaW9/