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Mit dem Laser gemessener Blutzucker kann Nadelstiche beseitigen

Die Forscher arbeiten daran, mithilfe der Lasertechnologie den Blutzucker nicht invasiv zu messen. Zwar gibt es noch einen Weg, bevor sie über ein tragbares und für den Heimgebrauch geeignetes Lasergerät verfügen, glauben sie jedoch, dass es eines Tages die Notwendigkeit für Diabetiker ersetzen wird, Blut zu entnehmen, um ihren Blutzuckerspiegel zu testen.

In der Zeitschrift Biomedizinische Optik Expressbeschreibt das Team der Elektroingenieure der Princeton University, New Jersey, wie sie mit ihrem Prototypgerät den Blutzucker gemessen haben, indem sie den Laser auf die Handfläche einer Person gerichtet haben.

Die leitende Autorin Claire Gmachl, Professor für Elektrotechnik bei Eugene Higgins in Princeton, sagt:

"Mit dieser Arbeit hoffen wir, das Leben vieler Diabetiker zu verbessern, die auf eine regelmäßige Blutzuckermessung angewiesen sind."

Der Laserstrahl dringt in die Haut ein und wird von Glukose absorbiert

Das Gerät sendet einen Laserstrahl durch die Hautzellen, ohne von den Zuckermolekülen absorbiert zu werden. Das Ziel ist nicht der Blutzucker als solcher, sondern der Zuckergehalt der dermalen interstitiellen Flüssigkeit, der eine starke Korrelation mit dem Blutzucker aufweist.


Der neue Monitor verwendet einen Laser anstelle einer Blutprobe, um den Blutzuckerspiegel zu messen. Der Laser wird auf die Handfläche der Person gerichtet, durchläuft Hautzellen und wird teilweise von Zuckermolekülen absorbiert, sodass Forscher den Blutzuckerspiegel berechnen können.
Bildnachweis: Princeton

Die Absorptionsmenge des Laserstrahls ist somit ein Indikator für die Glukosemenge im Blut.

Das Team war überrascht, wie genau sich die Messwerte herausstellten. Aktuelle Glukosemonitoren, die Patienten zu Hause verwenden, müssen Messwerte innerhalb von 20% des tatsächlichen Blutspiegels des Patienten anzeigen.

Der Hauptautor Sabbir Liakat, ein Student der Elektrotechnik, sagt, dass selbst seine frühe Version des Lasersystems diese Anforderung erfüllte, und die neueste Version ist zu 84% genau.

Die Herausforderung besteht nun darin, die Technologie zu verbessern - und nicht zuletzt die Größenordnung zu senken.

Als sie anfingen, an der Idee zu arbeiten, deckte das Gerät einen durchschnittlichen Labortisch ab und erforderte ein ausgeklügeltes System, um es kühl zu halten.

Prof. Gmachl sagt, dass sie das Kühlproblem gelöst haben - das System arbeitet jetzt bei Raumtemperatur -, aber sie müssen noch herausfinden, wie die Technologie verkleinert werden kann.

Sie zielen darauf ab, ein mobiles Gerät zu entwickeln, das sie in Kliniken mitnehmen können, weitere Tests durchzuführen und eine größere Anzahl von Daten zu sammeln, um damit arbeiten zu können.

Das Gerät verwendet einen "Quantenkaskadenlaser", um Licht im mittleren Infrarotbereich zu erzeugen

Das System verwendet Infrarot-Laserlicht, das sich jenseits des für das menschliche Auge sichtbaren Spektrallichts befindet. Medizinische Geräte verwenden derzeit Nahinfrarot, ein Band, das etwas längere Wellenlängen hat als das rote, das das menschliche Auge sehen kann. Nahes Infrarot wird nicht durch Wasser blockiert und kann somit im Körper verwendet werden.


Mit dem Quantenkaskadenlaser kann das Team die Frequenz auswählen, die im mittleren Infrarotbereich erforderlich ist. Aufgrund der jüngsten Verbesserungen der Technologie bietet es die erhöhte Leistung und Stabilität, die zum Eindringen in die Haut erforderlich sind.
Bildnachweis: Princeton

Nahes Infrarot interagiert jedoch nicht mit Chemikalien in der Haut - dafür müssen Sie im mittleren Infrarotbereich zu etwas längeren Wellenlängen wechseln. Bei dieser Wellenlänge wird das Laserlicht vom Blutzucker absorbiert und von anderen Chemikalien in der Haut nicht stark beeinflusst.

Laserlicht im mittleren Infrarotbereich ist jedoch mit Standardlasern schwieriger nutzbar und erfordert auch eine höhere Leistung und Stabilität, damit der Strahl die Haut durchdringt und Körperflüssigkeit abstreut.

Aber wie es manchmal in Projekten der Fall ist, in denen die Menschen unermüdlich daran arbeiten, ihre Ziele zu erreichen, gab es einen Durchbruch. Dies geschah, als sie einen neuen Gerätetyp ausprobierten, den sogenannten Quantenkaskadenlaser.'

Mit dem Quantenkaskadenlaser kann das Team die Frequenz auswählen, die im mittleren Infrarotbereich erforderlich ist. Aufgrund der jüngsten Verbesserungen der Technologie bietet es die erhöhte Leistung und Stabilität, die zum Eindringen in die Haut erforderlich sind.

Eine kleine Studie zeigt, dass durchschnittliche Messwerte die erforderliche klinische Genauigkeit erfüllen

In ihrer Studienarbeit beschreiben sie, wie sie den Blutzucker von drei gesunden Freiwilligen vor und nach dem Essen von 20 Geleebonbons gemessen haben. Die Forscher haben den resultierenden Blutzuckeranstieg auch mit dem herkömmlichen Finger-Prick-Test gemessen.

Das Team wiederholte das Experiment und nahm mehrere Wochen lang mehrere Messungen vor. Die Ergebnisse zeigten, dass die durchschnittlichen Messwerte der Laservorrichtung größere Fehler aufwiesen als die üblichen Blutzuckermessgeräte, jedoch innerhalb des für die klinische Genauigkeit erforderlichen Bereichs lagen.

Das Team ist von dem Potenzial, das ihre Entdeckung bietet, begeistert, weil, wie Prof. Gmachl erklärt, "der Quantenkaskadenlaser so ausgelegt sein kann, dass er Licht über einen sehr breiten Wellenlängenbereich emittiert. Seine Verwendbarkeit ist nicht nur für die Glukosendetektion denkbar, sondern könnte auch verwendet werden für andere Anwendungen im Bereich der medizinischen Erfassung und Überwachung. "

Die National Science Foundation, die Wendy und Eric Schmidt Foundation, Daylight Solutions Inc. und Opto-Knowledge Systems halfen bei der Finanzierung der Studie.

Vor kurzem, Medizinische Nachrichten heute lernte auch, wie die Entdeckung eines Glukosesensors im Gehirn zu neuen Diabetes-Behandlungen führen kann.

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