İmplant sensörlerde ölçüm ilkesi

İmplant sensör, hekimin genellikle kolun üst bölümünde derinin altına yerleştirdiği, yarım kibrit çöpü büyüklüğünde küçük bir silindirdir. İşlem kısadır ve yerel uyuşturmayla (lidokainle) yapılır. Derinin altına yerleştirildikten sonra sensörün çevresini doku sıvısı sarar; sensör de kan damarlarıyla hiçbir doğrudan ilişkisi olmadan bu sıvıdaki glukoz yoğunluğunu ölçer.

Sensörün dış kılıfında ince, gözenekli bir polimer katmanı bulunur. Doku sıvısındaki glukoz bu katmandan serbestçe girer ve çıkar; böylece dış kılıftaki glukoz miktarı, çevredeki dokudaki miktarı yakından izler. Silindirin içinde küçük bir ışık kaynağı, ışık algılayıcıları ve bir sıcaklık sensörü vardır. Araç her birkaç dakikada bir, saniyenin bir bölümü kadar etkinleşir; ışığı yakar, polimer katmanının yanıtını okur, onu iletir ve sonra yeniden edilgin duruma döner [1].

İmplant sensör, floresansa dayanan optik bir teknoloji kullanır. Bu teknoloji, alışılmış (transkütan) sensörlerin enzimatik, elektriksel teknolojisinden farklıdır. Polimer kılıfın içine, boronik asit gruplarının çevresinde kurulmuş gösterge molekülleri tespit edilmiştir. Bu gruplar glukoz moleküllerine tersinir ve seçici biçimde bağlanır, sonra onu değiştirmeden bırakır [2].

Glukozun bağlanması, gösterge molekülünün optik davranışını değiştirir. Sensörün içindeki küçük bir ışık kaynağı polimer katmanına bir demet gönderir. Gösterge molekülleri de kendi paylarına, ama başka bir renkte (dalga boyunda) ışık yayarak yanıt verir. Bu olaya floresans denir. Glukoz bağlanmış gösterge molekülü ne kadar çoksa, yaydıkları ışık o kadar güçlü olur. Sensördeki algılayıcı bu şiddeti ölçer ve onu bir glukoz yoğunluğu değerine dönüştürür. Burada hiçbir enzimatik tepkime olmadığı için parasetamol ya da C vitamini gibi maddeler sonucu değiştirmez, aşağıdaki şekilde görüldüğü gibi [3].

Doku sıvısındaki glukoz yoğunluğu arttığında, gitgide daha çok glukoz molekülü polimer katmanına girer ve gösterge moleküllerine bağlanır. Sonuç, her ölçümde yayılan daha güçlü bir floresan ışıktır. Glukoz yoğunluğu azaldığında glukoz gösterge moleküllerinden ayrılır ve bu katmanı terk eder; floresan ışık da zayıflar. Bağlanma ve ayrılma hızla ve sürekli olur; böylece ışık sinyali dokudaki değişimleri izler [2] [4].

Ancak ham ışık sinyali yeterli değildir. Sensör aynı anda yerel sıcaklığı da ölçer; çünkü sıcaklık hem gösterge moleküllerine gönderilen ışığı hem de onların floresansını etkiler [1]. Bir referans kanalı (bir denetim ölçümü), bu uyarıcı ışığın gerçekte ne kadar güçlü olduğunu denetler. Hesaplama programı, implanttan sonra geçen süreyi ve ışığa maruz kalan gösterge moleküllerinin yavaş yıpranmasını göz önünde bulundurur. Bütün bu öğelerden, yerel glukoz yoğunluğunun düzeltilmiş bir değeri çıkar [4].

İmplant edilen sensörün pili yoktur ve sürekli olarak kendi radyo sinyalini yaymaz. Tam implant yerinin üstüne yerleştirilen, deri üstünde taşınan bileşende, her birkaç dakikada bir manyetik alan (NFC) oluşturan bir bobin bulunur. Bu alan deriden geçer ve sensörü bir saniyeden kısa bir süre için enerjiyle besler. Geri kalan zamanda sensör etkin değildir [1].

Bilgi de aynı manyetik alan üzerinden geçer. Sensör alanı hafifçe değiştirir; deri üstündeki bileşen de bu değişiklikleri okur ve böylece ham ışık sinyalinin şiddetini, ölçülen sıcaklıkla birlikte elde eder. Dış bileşen bu sinyalden glukoz yoğunluğunun düzeltilmiş değerini hesaplar, onu yerel olarak kaydeder ve Bluetooth aracılığıyla telefondaki uygulamaya gönderir [2] [5]. Manyetik alan çok küçük bir uzaklıkta çalışır. Deri üstündeki bileşen doğru yerleştirilmezse sensör etkinleştirilemez ve onunla iletişim kurulamaz.

Hayır. İmplant sensördeki gösterge molekülleri glukoza bağlanır ve sonra onu, parçalamadan ve başka bir şeye dönüştürmeden bırakır. Buna afiniteyle, yani tersinir çekimle ölçüm denir; dokudaki glukoz miktarı da değişmeden kalır. Sensör uygulamada, her anda gösterge moleküllerine kaç glukoz molekülünün bağlı olduğuna ilişkin bir dengeyi okur [6].

Deride taşınan klasik sensörler farklı çalışır. Onlar, glukozu bir elektrodun yüzeyinde parçalayan ve glukoz yoğunluğuyla orantılı bir elektrik akımı üreten glukoz oksidaz adlı bir enzim kullanır. Tüketilen miktar çok küçüktür ve kan şekerinizi değiştirmez; ancak tepkime oksijenin varlığına bağlıdır ve enzimi yavaş yavaş tüketir. Afiniteyle ölçümün başlıca üstünlüğü, güncel implant sensör modellerinin bir yıla kadar çalışmasına olanak veren uzun dönemli dengedir [7].

Glukozun asıl saptanması bütünüyle implant edilen sensörün içinde olur; çünkü gösterge moleküllü polimer katmanı, ışık kaynağı ve algılayıcılar oradadır. Deri üstünde taşınan bileşen doku sıvısıyla ilişkiye girmez; yani glukozu kendisi saptamaz [2]. Yine de gösterilen değeri, implanttan aldığı sinyalden yola çıkarak o hesaplar; bu nedenle sistemin çalışması için vazgeçilmezdir.

Dış bileşen:

• sensörü besler;
• her ölçümü başlatır;
• ham sinyali alır;
• hesaplar ve düzeltmelerle onu bir glukoz yoğunluğu değerine dönüştürür;
• değerleri saklar;
• gerektiğinde titreşimle sizi uyarır;
• verileri telefona gönderir [5].

Onu çıkarırsanız sensör yerinde ve zarar görmeden kalır, ama onu implantın üstüne doğru konumda geri koyana kadar hiçbir değer kaydedilmez. Bu sürekli glukoz izlemi sisteminin dış bileşenine verici denir.