Blutzuckermessung ganz ohne Blutentnahme
Licht statt Spritze
Damien de Courten, Doktorand in der Klinik für Neonatologie am Universitätsspital Zürich, zeigt den Messkopf des «Glucolight»-Sensors mit der smarten Membran. Bild: Empa |
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Jedes zwölfte Kind in der Schweiz wird zu früh geboren. Tritt bei diesen Frühchen eine Unterzuckerung (Hypoglykämie) ein, die länger als eine Stunde andauert, kann es zu einer Störung der Gehirnentwicklung kommen. Um dies zu verhindern, muss der Blutzuckerspiegel der Babys regelmässig bestimmt werden. Dazu waren bisher Blutentnahmen unvermeidbar. Eine regelmässige Blutentnahme über Stunden ist bei den sensiblen Kleinen aber unmöglich, zu gross wären Blutverlust und Stress. Die Empa und das Universitätsspital Zürich haben daher zusammen in einem vom Schweizerischen Nationalfonds (SNF) finanzierten Projekt den Sensor «Glucolight» entwickelt, der ohne jegliche Blutentnahme den Blutzuckerspiegel über die Haut misst. Zwar gibt es bereits Hautsensoren, diese müssen vor dem
Gebrauch jedoch kalibriert werden. Und dazu muss der
Permeabilitätswert der Haut bekannt sein. Um diesen zu
ermitteln, bestimmt man über eine Blutprobe den Blutzuckerwert
und misst gleichzeitig den Glukosegehalt auf der Haut. Mit diesen
zwei Messwerten lässt sich die Permeabilität berechnen
und der Sensor kalibrieren. Die «smarte» Empa-Membran enthält spezielle Farbstoffmoleküle, so genannte Spiropyrane. Werden diese Spiropyranmoleküle mit UV-Licht bestrahlt, verändern sie ihre chemische Struktur, sie werden geladen (polarer). Bei der Bestrahlung mit sichtbarem Licht kehren sie zurück zu ihrer ursprünglichen, neutralen Struktur. Dies bewirkt, dass sich die Membran bei Bestrahlung mit UV-Licht «öffnet», Glukosemoleküle diffundieren relativ leicht von der Haut durch die Membran. Bei Bestrahlung mit sichtbarem Licht passieren deutlich weniger Glukosemoleküle die Membran. Für die Messung wird der rund drei Zentimeter grosse Messkopf dem Baby auf die Haut geklebt. Anschliessend wird der Messkopf mit sichtbarem Licht bestrahlt – einige Glukosemoleküle diffundieren von der Haut durch die Membran. Dahinter wird die Glukose mit einer Flüssigkeit gemischt und durch den Mikrofluidik-Chip gepumpt. Dabei werden Enzyme beigemischt, welche eine Reaktion auslösen. Bei der Reaktion tritt eine Fluoreszenz auf, welche das Fluorometer misst und der Computer errechnet daraus die Glukosekonzentration. Danach wird der Vorgang mit UV-Licht wiederholt. Über diese zwei unterschiedlichen Werte berechnet der Computer dann den Blutzuckerwert der Frühgeborenen. Die Forschung mit und an «Glucolight» geht
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