A beültethető szenzorok mérési elve

A beültethető szenzor egy kis henger, körülbelül egy fél gyufaszál méretű, amelyet az orvos a bőr alá helyez, rendszerint a felkarba. A beavatkozás gyors, és helyi érzéstelenítésben (lidokainnal) történik. Miután a bőr alatt a helyére került, a szenzort körülveszi a szövetközti folyadékból. Ebben a folyadékban méri a glükóz koncentrációját, az erekkel való közvetlen kapcsolat nélkül.

A szenzor külső burkolatán vékony, likacsos polimerréteg van. A szövetközti folyadék glükóza szabadon ki-be jár ebben a rétegben, így a külső bevonatban lévő glükóz mennyisége szorosan követi a környező szövetét. A hengeren belül kis fényforrás, fényérzékelők és hőmérséklet-érzékelő található. A készülék néhány percenként a másodperc törtrészére felébred. Bekapcsolja a fényt, leolvassa a polimerréteg válaszát, továbbítja, majd újra elalszik [1].

A beültethető szenzor fluoreszcencián alapuló optikai technológiát használ. Ez eltér a hétköznapi (bőrön át viselt) szenzorok enzimes, elektromos technológiájától. A polimerbevonatban jelzőmolekulák vannak rögzítve, amelyek boronsavcsoportokra épülnek. Ezek a csoportok megfordíthatóan és válogatva kötődnek a glükózmolekulákhoz, majd újra elengedik őket, anélkül hogy megváltoztatnák [2].

Amikor a glükóz megkötődik, megváltozik a jelzőmolekula fénnyel kapcsolatos viselkedése. A szenzoron belüli kis fényforrás sugarat küld a polimerrétegbe. A jelzőmolekulák saját fényt bocsátanak ki válaszként, de más színben (hullámhosszon). Ezt a jelenséget fluoreszcenciának nevezik. Minél több jelzőmolekulához kötődött glükóz, annál erősebb az általuk kibocsátott fény. A szenzoron belüli érzékelő megméri ezt az erősséget, és glükózkoncentrációvá alakítja. Az olyan anyagok, mint a paracetamol vagy a C-vitamin, nem befolyásolják az eredményt, mert itt nem zajlik enzimes reakció, ahogy az alábbi ábra mutatja [3].

Ahogy a szövetközti folyadék glükózkoncentrációja emelkedik, egyre több glükózmolekula lép a polimerrétegbe, és kötődik a jelzőmolekulákhoz. Az eredmény minden mérésnél erősebb fluoreszcens fény. Amikor a glükózkoncentráció csökken, a glükóz leválik a jelzőmolekulákról, elhagyja a réteget, és a fluoreszcens fény gyengül. A megkötés és az elengedés gyorsan és folyamatosan zajlik, így a fényjel követi a szövet változásait [2] [4].

A nyers fényjel önmagában azonban nem elég. A szenzor egyidejűleg a helyi hőmérsékletet is méri, mert a hőmérséklet hat a jelzőmolekulák felé küldött fényre és az általuk visszaadott fluoreszcenciára is [1]. Egy referenciacsatorna (ellenőrző mérés) vizsgálja, valójában mennyire erős ez a gerjesztő fény. A szoftver figyelembe veszi a beültetés óta eltelt időt és a fénynek kitett jelzőmolekulák lassú bomlását is. Mindez együtt adja a helyi glükózkoncentráció korrigált értékét [4].

A beültetett szenzornak nincs eleme, és nem sugároz folyamatosan saját rádiójelet. A bőrön viselt egység, amely közvetlenül az implantátum fölött ül, olyan tekercset tartalmaz, amely néhány percenként mágneses mezőt (NFC) hoz létre. Ez a mező áthatol a bőrön, és egy másodpercnél rövidebb ideig táplálja a szenzort. Az idő többi részében a szenzor tétlen marad [1].

Az információ ugyanezen a mágneses mezőn keresztül halad. A szenzor kissé megváltoztatja a mezőt, a bőrön lévő egység pedig leolvassa ezeket a változásokat, és visszanyeri a nyers fényjel erősségét a mért hőmérséklettel együtt. Ebből a jelből a külső egység kiszámítja a korrigált glükózkoncentrációt, helyben eltárolja, és Bluetooth-on elküldi a telefonod alkalmazásába [2] [5]. A mágneses mező csak nagyon rövid távon működik. A bőrön lévő egység helyes elhelyezése nélkül a szenzort nem lehet aktiválni, és nem lehet vele kapcsolatot teremteni.

Nem. A beültethető szenzor jelzőmolekulái megkötik a glükózt, majd elengedik, anélkül hogy lebontanák vagy bármi mássá alakítanák. Ezt affinitás alapú mérésnek, vagyis megfordítható vonzáson alapuló mérésnek nevezik, és a szövetben lévő glükóz mennyisége változatlan marad. Amit a szenzor leolvas, az lényegében annak az egyensúlya, hogy egy adott pillanatban hány glükózmolekula kötődik a jelzőmolekulákhoz [6].

A bőrön viselt hagyományos szenzorok másképp működnek. Egy enzimre, a glükóz-oxidázra támaszkodnak, amely egy elektróda felületén lebontja a glükózt, és a glükózkoncentrációval arányos elektromos áramot hoz létre. Az elfogyasztott mennyiség parányi, és nem változtatja meg a vércukrodat, de a reakció függ az oxigén jelenlététől, és fokozatosan kimeríti az enzimet. Az affinitás alapú mérés fő előnye a hosszú távú stabilitása, amely lehetővé teszi, hogy a mai beültethető szenzortípusok akár egy évig működjenek [7].

Maga a glükózérzékelés teljes egészében a beültetett szenzoron belül zajlik, hiszen ott van a jelzőmolekulákat tartalmazó polimerréteg, a fényforrás és az érzékelők. A bőrön viselt egység soha nem érintkezik a szövetközti folyadékkal, így önmagában nem érzékel glükózt [2]. Az implantátumtól kapott jelből viszont ő számítja ki a kijelzett értéket, így a rendszer nem működik nélküle.

A külső egység:

• táplálja a szenzort;
• elindítja az egyes méréseket;
• fogadja a nyers jelet;
• számításokkal és korrekciókkal glükózkoncentrációvá alakítja;
• tárolja a leolvasott értékeket;
• szükség esetén rezgéssel figyelmeztet;
• elküldi az adatokat a telefonodra [5].

Ha leveszed, a szenzor a helyén marad és ép, de nem rögzülnek értékek, amíg vissza nem teszed, helyesen az implantátum fölé illesztve. Ennek a folyamatos glükózmonitorozó rendszernek a külső egységét adónak nevezik.