โรคเบาหวานเป็นโรคเรื้อรังที่พบบ่อยและมีความเสี่ยงสูง เทคโนโลยีการตรวจสอบกลูโคสอย่างต่อเนื่อง (CGM) ที่ได้รับการอนุมัติโดย FDA - พร้อมด้วยอิเล็กโทรดแบบฝังนั้นมีแนวโน้มที่จะเกิดผลข้างเคียง เช่น ความเจ็บปวดและการติดเชื้อเนื่องจากมีอิเล็กโทรดที่ยาว อุปกรณ์ไมโครนีดเดิลซึ่งมีเข็มที่มีความยาวตั้งแต่ไม่กี่ร้อยไมโครเมตรไปจนถึงไม่กี่มิลลิเมตร สามารถเจาะชั้นหนังกำพร้าได้โดยไม่ต้องสัมผัสเส้นเลือดหรือเส้นประสาท ทำให้มีข้อดีคือไม่เจ็บปวดและบุกรุกน้อยที่สุด พวกเขายังสามารถใช้อาร์เรย์เพื่อตรวจจับสารวิเคราะห์หลายตัว โดยให้ข้อมูลที่ตรงและแม่นยำมากขึ้นเกี่ยวกับชีวเคมีของไหลคั่นระหว่างหน้ามากกว่าเทคโนโลยีที่ไม่รุกราน-
การศึกษาทางคลินิกแสดงให้เห็นว่าการติดตามเครื่องหมายทางชีวเคมีหลายตัวมีความสำคัญต่อการประเมินโรคเบาหวาน การรบกวนของสภาวะสมดุลของกลูโคสอาจส่งผลต่อความเข้มข้นของอิเล็กโทรไลต์และความสมดุลของกรด-เบส ตัวบ่งชี้การเผาผลาญ เช่น กรดยูริกและคอเลสเตอรอล มีความเกี่ยวข้องอย่างใกล้ชิดกับโรคเบาหวานและภาวะแทรกซ้อน ตัวอย่างเช่น ระดับกรดยูริกที่เพิ่มขึ้นอาจเพิ่มความเสี่ยงต่อโรคไตจากเบาหวานหรือเบาหวานประเภท 2 เทคโนโลยีการตรวจสอบแบบไม่รุกราน-อาจถูกรบกวนจากปัจจัยด้านสิ่งแวดล้อม และพยายามดิ้นรนเพื่อสะท้อนความเข้มข้นที่แท้จริงของสารวิเคราะห์ในของเหลวใต้ผิวหนังหรือเลือด เซ็นเซอร์ที่มีการบุกรุกน้อยที่สุดต้องเผชิญกับความท้าทาย เช่น การประมวลผลที่ยากลำบาก ความยากลำบากในการตรวจสอบในสภาพแวดล้อมที่ซับซ้อน สัญญาณการตรวจสอบในระยะยาว-ไม่เสถียร และความเสี่ยงที่เกี่ยวข้องกับวิธีการสอบเทียบแบบดั้งเดิม
ด้วยเหตุนี้ ทีมวิจัยจึงได้พัฒนา-อาร์เรย์อิเล็กโทรดไมโครนีเดิลแบบมัลติเพล็กซ์ (SC-MMNEA) ที่ปรับเทียบด้วยตนเอง ซึ่งสามารถตรวจสอบการวิเคราะห์ทางชีวภาพเก้ารายการ รวมถึงกลูโคสและโคเลสเตอรอล ในแบบเรียลไทม์และในแหล่งกำเนิด ได้รับแรงบันดาลใจจากเข็ม-เหมือนหนามและปุ่มรับรสหลายปุ่มของลิ้นแมว ระบบนี้ประกอบด้วยเซ็นเซอร์อาเรย์ไมโครนีดเดิลวิเคราะห์หลาย- โมดูลสอบเทียบตัวเอง- และโมดูลวงจรอิเล็กทรอนิกส์ ไมโครนีดเดิลแต่ละอันมีเป้าหมายไปที่สารวิเคราะห์ที่เฉพาะเจาะจง และสามารถออกแบบจำนวนและการทำงานของไมโครนีดเดิลได้อย่างยืดหยุ่น ช่วยให้ทำการทดสอบแบบกำหนดเองได้
SC-MMNEA มีข้อได้เปรียบที่สำคัญ ประการแรก มีการแพร่กระจายน้อยกว่าและไม่เจ็บปวดเมื่อเทียบกับวิธีการทดสอบแบบฝังแบบเดิม ประการที่สอง ใช้อาร์เรย์ของ microneedles ที่แยกจากกัน เพื่อหลีกเลี่ยง crosstalk ที่เกิดจากการดัดแปลงทางเคมีโดยตรง ประการที่สาม ไมโครนีเดิลสามารถนำมารวมกันได้อย่างยืดหยุ่นเพื่อตอบสนองความต้องการในการทดสอบหลายพารามิเตอร์- ประการที่สี่ สามารถเลือกตรวจจับการวิเคราะห์หลายรายการในของเหลวคั่นระหว่างหน้า ในแหล่งกำเนิด และประการที่ห้า โมดูลการสอบเทียบด้วยตนเอง-ช่วยลดความจำเป็นในการเก็บตัวอย่างเลือดแบบรุกราน ตอบโจทย์ความท้าทายในการสอบเทียบของ CGM แบบดั้งเดิม
เพื่อเพิ่มประสิทธิภาพ ไมโครนีดเดิลจะถูกดัดแปลงในขั้นแรกด้วยท่อนาโนคาร์บอน (CNTs) จากนั้นจึงเคลือบด้วยโพลี(3,4-เอทิลีนไดออกซีไทโอฟีน):โพลีสไตรีนซัลโฟเนต (PEDOT:PSS) เพื่อสร้างนาโนคอมโพสิต ซึ่งจากนั้นจะถูกดัดแปลงเพิ่มเติมเป็นอิเล็กโทรดที่ใช้งานได้หลากหลาย ตรวจพบเมตาบอไลต์และชนิดของออกซิเจนที่เกิดปฏิกิริยาโดยใช้อิเล็กโทรดของเอนไซม์โดยใช้แอมเพอโรเมทรี ในขณะที่ตรวจพบไอออนโดยใช้เมมเบรนคัดเลือกไอออน ในระหว่างการทดสอบในหลอดทดลอง เมมเบรนปิดผนึกจะถูกนำมาใช้เพื่อจำลองชั้น corneum ของผิวหนัง และเข็มขนาดเล็กจะเจาะเข้าไปในเมมเบรนเพื่อตรวจจับความเข้มข้นของสารวิเคราะห์
โมดูลการสอบเทียบด้วยตนเอง-จะฉีดสารละลายมาตรฐานของความเข้มข้นที่ทราบเข้าไปในของไหลคั่นระหว่างหน้าผ่านเข็มไมโครกลวง อิเล็กโทรดไมโครนีเดิลที่อยู่ติดกันจะวัดความเข้มข้น โดยสร้างสัญญาณ-ความสัมพันธ์ของความเข้มข้น เส้นโค้งมาตรฐานถูกสร้างขึ้นเพื่อปรับเทียบสัญญาณที่จุดเวลาอื่นและแก้ไขความเข้มข้นที่วัดได้ การวิเคราะห์ตารางข้อผิดพลาดแสดงให้เห็นว่าข้อผิดพลาดในการตรวจวัดกลูโคสและโคเลสเตอรอลหลังจากการสอบเทียบด้วยตนเอง-อยู่ที่ 11.33±8.24% และ 9.43±8.37% ตามลำดับ ซึ่งทั้งสองอย่างเป็นไปตามข้อกำหนดทางคลินิก ข้อผิดพลาดของตัวบ่งชี้ เช่น แลคเตตและกรดยูริกก็ลดลงอย่างมีนัยสำคัญหลังการสอบเทียบ และความแม่นยำของข้อมูลก็อยู่ในระดับสูง
SC-MMNEA ซึ่งได้รับการตรวจสอบผ่านการจำลอง COMSOL การทดลองในหลอดทดลอง และแบบจำลองหนู สามารถบันทึกความเข้มข้นของสารวิเคราะห์หลายรายการได้อย่างต่อเนื่องแบบเรียลไทม์ คุณลักษณะการสอบเทียบด้วยตนเอง-ช่วยแก้ปัญหาความแม่นยำที่ลดลงด้วยการปลูกถ่ายในระยะยาว- ด้วยการใช้กลยุทธ์การผลิตแบบไฮบริด อิเล็กโทรดแบบไมโครนีเดิลจึงสามารถเปลี่ยนได้ ซึ่งอาจขยายขีดความสามารถในการตรวจจับโมเลกุลเพิ่มเติมได้ อย่างไรก็ตาม อุปกรณ์จะต้องเก็บไว้ในสภาพแวดล้อมที่มี-อุณหภูมิต่ำ มีไนโตรเจนมาก- และได้รับการออกแบบมาสำหรับการใช้งานครั้งเดียว- งานในอนาคตจะต้องมีการปรับปรุงความสม่ำเสมอของแบทช์ของเซ็นเซอร์และความสม่ำเสมอของการเคลือบสำหรับการผลิตภาคอุตสาหกรรม
เมื่อเปรียบเทียบกับแถบทดสอบระดับน้ำตาลในเลือดแบบดั้งเดิมและ-CGM ฟังก์ชันเดียว SC-MMNEA สามารถตรวจสอบตัวบ่งชี้ทางชีวเคมีหลายรายการได้แบบเรียลไทม์ โดยให้การประเมินที่ครอบคลุมเกี่ยวกับสุขภาพและสถานะทางสรีรวิทยาของผู้ป่วยโรคเบาหวาน มีศักยภาพในการส่งเสริมการใช้อุปกรณ์วินิจฉัยที่สวมใส่ได้สำหรับการตรวจสอบสารเคมีในร่างกาย-ในระยะยาว