Prinsip pengukuran sensor glukosa transkutan

Sensor transkutan memiliki filamen yang sangat halus dan lentur, jauh lebih tipis daripada jarum, yang dimasukkan tepat di bawah kulit, ke dalam jaringan lemak. Filamen itu tidak berada di dalam pembuluh darah, melainkan di dalam cairan di antara sel jaringan tersebut, yang disebut cairan jaringan. Sensor tidak mengukur langsung dari darah, melainkan menilai kadar glukosa dalam cairan itu, yang mengikuti gula darah dengan setia [1].

Pengukurannya berlangsung secara elektrokimia. Sensor mengubah kadar glukosa menjadi arus listrik yang sangat kecil dengan bantuan sebuah enzim dan sebuah elektroda (filamen halus itu sendiri) [2]. Semakin banyak glukosa dalam cairan jaringan, semakin besar arus yang timbul di tempat itu. Hasilnya dapat sedikit tertinggal dari gula darah ketika gula darah berubah dengan cepat. Glukosa dalam cairan itu menyesuaikan diri dengan nilai dalam darah dengan sedikit keterlambatan [3].

Ujung filamen yang berada di bawah kulit dilapisi enzim yang menempel pada permukaannya, paling sering glukosa oksidase. Enzim ini adalah katalisator biologis, artinya ia mempercepat reaksi kimia antara glukosa dan oksigen tanpa ikut habis dalam proses itu [4]. Bagian inilah yang sebenarnya mengenali glukosa dan membuat sensor menjadi alat yang khusus ditujukan untuk glukosa, bukan sekadar elektroda biasa.

Peran utama enzim adalah memberi sensor kekhususan, yaitu menanggapi glukosa dan sebagian besar mengabaikan zat lain [5]. Namun pemilihan itu tidak sepenuhnya sempurna: pada sebagian model, zat seperti parasetamol atau vitamin C dapat mengubah hasilnya [5]. Tanpa enzim ini, sensor tidak akan mampu membedakan glukosa dari molekul lain dalam cairan jaringan. Beberapa sensor lama memakai enzim serumpun, yaitu glukosa dehidrogenase, tetapi prinsip pengukurannya tetap sama [5] [6].

Enzim (glukosa oksidase) membuat glukosa bereaksi dengan oksigen yang ada dalam cairan jaringan. Reaksi itu menghasilkan asam glukonat dan hidrogen peroksida. Jumlah hidrogen peroksida yang terbentuk berbanding lurus dengan kadar glukosa, artinya semakin banyak glukosa, semakin banyak pula hidrogen peroksida [4].

Hidrogen peroksida itu sampai ke elektroda sensor, lalu terurai dan melepaskan elektron yang membentuk arus listrik yang sangat lemah. Arus inilah yang pada dasarnya menjadi sinyal yang ditangkap sensor, dan besarnya mencerminkan kadar glukosa dalam cairan jaringan, seperti yang ditunjukkan gambar di bawah [5].

Ya, reaksi itu memakai glukosa dalam jumlah yang sangat kecil. Setiap molekul glukosa yang bereaksi dengan oksigen setempat berubah menjadi asam glukonat, jadi molekul itu terpakai di tempat. Enzim yang menempel pada filamen ditutupi membran khusus yang hanya melewatkan glukosa dalam jumlah kecil dan terkendali, sehingga reaksinya tetap terbatas: kecepatannya ditentukan oleh membran itu, bukan oleh banyaknya glukosa di sekitarnya [7].

Jumlah yang terpakai itu cukup kecil sehingga tidak menurunkan gula darah dan tidak menghabiskan glukosa di sekitar filamen, jadi pengukuran berikutnya pun tidak terpengaruh. Tubuh terus-menerus melengkapi kembali glukosa dalam cairan jaringan dari glukosa yang ada di darah. Enzim adalah katalisator dan tidak ikut habis, tetapi seiring waktu baik enzim maupun membrannya dapat aus, dan karena itulah sensor memiliki masa pakai yang terbatas [8].

Yang Anda lihat sebagai satu filamen sederhana di bawah kulit sebenarnya berisi beberapa elektroda, yang tersusun dalam lapisan yang sangat tipis dan saling terpisah pada penopang lentur yang sama. Setiap elektroda memiliki perannya sendiri:

• elektroda kerja dilapisi enzim dan menghasilkan sinyalnya;
• elektroda pembanding menjaga tegangan tetap mantap, yang dipakai sebagai acuan;
• elektroda bantu menutup rangkaian listriknya [6].

Perangkat elektronik yang terpasang pada sensor menjaga tegangan tetap sama antara elektroda kerja dan elektroda pembanding, dan reaksi kimianya tidak mengubah tegangan itu, melainkan kuat arusnya. Semakin tinggi kadar glukosa dalam cairan jaringan, semakin besar kuat arus yang mengalir lewat elektroda kerja.

Sebagian sistem menambahkan elektroda keempat, tanpa enzim, yang mengukur derau latar, yaitu sinyal kecil yang tetap ada meski tidak ada glukosa. Sinyal elektroda ini dikurangkan dari sinyal yang berguna, untuk menekan pengaruh zat lain.

Arus yang terukur dibaca terus-menerus oleh perangkat elektroniknya (transmiter). Sebuah faktor kalibrasi mengubah arus itu menjadi nilai gula darah perkiraan [2]. Banyak sensor modern sudah dikalibrasi dari pabrik, sedangkan sebagian lain sesekali memerlukan pemeriksaan dan kadang kalibrasi ulang dengan glukometer [9]. Algoritme sistem, yaitu program yang berjalan di dalam transmiter atau di aplikasi telepon, meratakan naik-turun kecil arus listriknya dan sebagian mengoreksi keterlambatan antara cairan jaringan dan darah [3]. Hasilnya dinyatakan dalam mg/dL atau mmol/L dan dikirim secara nirkabel ke telepon atau penerima lain.

Ya, sensor memerlukan sumber energi kecil, biasanya sebuah baterai yang berada di dalam transmiter. Energi itu menjaga potensial listrik tetap mantap pada elektroda, dan reaksi kimia yang dipercepat glukosa oksidase menghasilkan arus yang sebanding dengan kadar glukosa [6]. Energi yang sama pula yang menghidupi pengolahan sinyal, memori internal, dan pengiriman data secara nirkabel ke telepon atau penerima [10].

Pemakaian energinya sangat kecil, sehingga baterai mungil sudah cukup untuk seluruh masa Anda memakai sensor. Sebagian besar sistem pemantauan berkelanjutan bekerja antara 7 dan 15 hari (belakangan bahkan 21 hari) [11] [12]. Setelah jangka waktu itu sensor diganti dengan yang baru, bersama sumber energinya. Pada model yang lebih lama, transmiternya dipakai ulang untuk beberapa sensor [10].