Nieinwazyjne monitorowanie glukozy w pocie z wykorzystaniem nanostruktur plazmonicznych
Ciągłe monitorowanie stężenia glukozy stanowi fundament skutecznego leczenia cukrzycy, jednak większość dostępnych systemów opiera się na inwazyjnych czujnikach podskórnych, które mogą powodować dyskomfort, podrażnienia skóry, a także zwiększać ryzyko infekcji i stanów zapalnych. W odpowiedzi na te ograniczenia opracowano przenośny, bezznacznikowy system optyczny zdolny do wykrywania glukozy bezpośrednio w ludzkim pocie. Technologia ta łączy nanostruktury plazmoniczne z chemią rozpoznawania molekularnego, osiągając wysoką czułość w zakresie niskich stężeń mikromolowych, charakterystycznych dla rzeczywistych warunków biologicznych. System został zintegrowany z prototypem optycznego zegarka, umożliwiając rejestrację sygnału w czasie rzeczywistym oraz bezprzewodową transmisję danych. Badanie pokazuje potencjał nieinwazyjnej alternatywy dla klasycznych metod monitorowania glikemii i podkreśla znaczenie nanofotoniki w rozwoju nowoczesnych technologii medycznych.
Cukrzyca dotyczy setek milionów osób na świecie i wymaga częstej kontroli glikemii w celu zapobiegania powikłaniom naczyniowym, neurologicznym i metabolicznym. Choć systemy ciągłego monitorowania glukozy uległy znaczącej ewolucji, większość z nich nadal wykorzystuje elektrochemiczne czujniki podskórne. Ich stosowanie wiąże się z ryzykiem zakażenia, przewlekłego stanu zapalnego oraz ograniczoną akceptacją pacjentów w długoterminowej perspektywie. Pot stanowi atrakcyjny, nieinwazyjny płyn biologiczny, łatwo dostępny i zawierający glukozę, której stężenie koreluje ze stężeniem we krwi. Problemem pozostaje jednak fakt, że poziom glukozy w pocie jest zwykle 10–100 razy niższy niż w osoczu, a obecność innych związków może maskować sygnał analityczny. Konieczne jest zatem opracowanie wysoce czułych, selektywnych i możliwych do noszenia technologii do wiarygodnego monitorowania glukozy w pocie.
26 stycznia 2026 roku zespół badawczy z University of Oulu opublikował w czasopiśmie Microsystems & Nanoengineering wyniki prac nad nowym, ubieralnym systemem optycznym do detekcji glukozy. W badaniu przedstawiono przenośną platformę integrującą plazmoniczne sensory nanofilarowe z prototypem zegarka optycznego, umożliwiającą nieinwazyjną, bezznacznikową analizę glukozy w ludzkim pocie. System wykorzystuje oświetlenie światłem czerwonym oraz bezprzewodową transmisję danych do smartfona. Walidację przeprowadzono z użyciem sztucznego potu oraz próbek pobranych od ochotników podczas wysiłku fizycznego, wykazując czułość odpowiednią do codziennego monitorowania glikemii.
Sercem systemu jest matryca krzemowych nanofilarów pokrytych cienką warstwą srebra, zaprojektowana w celu generowania silnego zlokalizowanego rezonansu plazmonów powierzchniowych pod wpływem światła widzialnego. Nanofilary funkcjonalizowano 4-merkaptophenyloboronic acid, receptorem molekularnym selektywnie wiążącym glukozę poprzez jej strukturę cis-diolu. Związanie cząsteczki glukozy zmienia lokalne środowisko optyczne, prowadząc do mierzalnych zmian intensywności światła odbitego – bez konieczności stosowania enzymów czy znaczników fluorescencyjnych.
Strategię detekcji zoptymalizowano z wykorzystaniem spektroskopii Ramana oraz pomiarów reflektancji plazmonicznej, potwierdzając wiarygodne wykrywanie glukozy w zakresie stężeń istotnych fizjologicznie. Zastąpienie tradycyjnej powłoki złotej warstwą srebra pozwoliło uzyskać ostrzejszą odpowiedź plazmoniczną oraz obniżyć granicę detekcji do około 22 μmol/L, co mieści się w zakresie stężeń glukozy obserwowanych w ludzkim pocie.
W celu translacji technologii z warunków laboratoryjnych do formatu ubieralnego opracowano prototyp zegarka optycznego wyposażonego w kompaktową diodę LED, fotodiodę oraz moduł Bluetooth. W testach z użyciem sztucznego potu oraz próbek pobranych od ochotników podczas ćwiczeń fizycznych system skutecznie monitorował stężenie glukozy w czasie rzeczywistym. Uzyskane wyniki wykazały dobrą zgodność ze standardowymi testami enzymatycznymi, potwierdzając zarówno dokładność, jak i selektywność w złożonym środowisku biologicznym.
Jak podkreślają autorzy badania, nieinwazyjne monitorowanie glukozy było dotychczas ograniczone przez niewystarczającą czułość oraz złożoność systemów pomiarowych. Połączenie nanostruktur plazmonicznych z prostym odczytem optycznym umożliwiło detekcję glukozy w pocie przy użyciu światła widzialnego o niskiej mocy, bez konieczności stosowania enzymów i sond inwazyjnych. Otwiera to nowe perspektywy dla komfortowego, długoterminowego monitorowania metabolicznego.
Opracowana platforma może istotnie poprawić jakość życia pacjentów wymagających częstej kontroli glikemii, ograniczając ból, podrażnienia skóry i konieczność wymiany sensorów podskórnych. Modułowa konstrukcja umożliwia ponadto adaptację tej samej strategii detekcyjnej do innych biomarkerów obecnych w pocie, takich jak mleczan, elektrolity czy metabolity związane ze stresem. W przyszłości, po dalszej walidacji klinicznej i integracji z systemami automatycznej stymulacji wydzielania potu oraz mikropłynowej obróbki próbek, technologia ta może ewoluować w kierunku w pełni autonomicznego „laboratorium na zegarku”. Badanie stanowi przykład konwergencji nanofotoniki i elektroniki ubieralnej w kierunku spersonalizowanego, ciągłego monitorowania zdrowia w codziennym życiu.
Źródło: Microsystems & Nanoengineering, Portable and label-free optical detection of sweat glucose using functionalized plasmonic nanopillar array
DOI: http://dx.doi.org/10.1038/s41378-025-01152-6
