मधुमेह महत्वपूर्ण जोखिमों वाली एक सामान्य पुरानी बीमारी है। इम्प्लांटेबल इलेक्ट्रोड के साथ मौजूदा एफडीए द्वारा अनुमोदित निरंतर ग्लूकोज मॉनिटरिंग (सीजीएम) तकनीक में लंबे इलेक्ट्रोड के कारण दर्द और संक्रमण जैसे दुष्प्रभाव होने का खतरा होता है। कुछ सौ माइक्रोमीटर से लेकर कुछ मिलीमीटर लंबाई वाली सुइयों वाली माइक्रोनीडल डिवाइस रक्त वाहिकाओं या तंत्रिकाओं को छुए बिना स्ट्रेटम कॉर्नियम में प्रवेश कर सकती हैं, जिससे दर्द रहित और न्यूनतम आक्रामक होने के फायदे मिलते हैं। वे कई विश्लेषणों का पता लगाने के लिए सरणियों का भी उपयोग कर सकते हैं, जो गैर-आक्रामक प्रौद्योगिकियों की तुलना में अंतरालीय द्रव जैव रसायन पर अधिक प्रत्यक्ष और सटीक जानकारी प्रदान करते हैं।
नैदानिक अध्ययनों से पता चला है कि मधुमेह के आकलन के लिए कई जैव रासायनिक मार्करों की निगरानी महत्वपूर्ण है। ग्लूकोज होमियोस्टैसिस में गड़बड़ी इलेक्ट्रोलाइट सांद्रता और एसिड {{1}बेस बैलेंस को प्रभावित कर सकती है। यूरिक एसिड और कोलेस्ट्रॉल जैसे मेटाबोलिक मार्कर भी मधुमेह और इसकी जटिलताओं से निकटता से जुड़े हुए हैं। उदाहरण के लिए, ऊंचा यूरिक एसिड स्तर मधुमेह संबंधी नेफ्रोपैथी या टाइप 2 मधुमेह के खतरे को बढ़ा सकता है। गैर-आक्रामक निगरानी प्रौद्योगिकियां पर्यावरणीय कारकों के हस्तक्षेप के अधीन हैं और चमड़े के नीचे के तरल पदार्थ या रक्त में विश्लेषणकर्ताओं की वास्तविक एकाग्रता को प्रतिबिंबित करने के लिए संघर्ष करती हैं। न्यूनतम इनवेसिव सेंसर को कठिन प्रसंस्करण, जटिल वातावरण में निगरानी में कठिनाई, अस्थिर दीर्घकालिक निगरानी संकेत और पारंपरिक अंशांकन विधियों से जुड़े जोखिम जैसी चुनौतियों का सामना करना पड़ता है।
इस प्रयोजन के लिए, अनुसंधान दल ने एक स्व-कैलिब्रेटिंग मल्टीप्लेक्स माइक्रोनीडल इलेक्ट्रोड ऐरे (एससी -एमएमएनईए) विकसित किया, जो वास्तविक समय में और यथास्थान ग्लूकोज और कोलेस्ट्रॉल सहित नौ जैविक विश्लेषणों की निगरानी कर सकता है। सुई जैसे कांटे और बिल्ली की जीभ की कई स्वाद कलियों से प्रेरित होकर, इस प्रणाली में एक बहु-विश्लेषक माइक्रोनीडल सरणी सेंसर, एक स्व-अंशांकन मॉड्यूल और एक इलेक्ट्रॉनिक सर्किट मॉड्यूल शामिल है। प्रत्येक माइक्रोनीडल को एक विशिष्ट विश्लेषण के लिए लक्षित किया जाता है, और माइक्रोनीडल्स की संख्या और कार्य को लचीले ढंग से डिज़ाइन किया जा सकता है, जिससे अनुकूलित परीक्षण की अनुमति मिलती है।
SC-MMNEA महत्वपूर्ण लाभ प्रदान करता है: सबसे पहले, यह पारंपरिक प्रत्यारोपण योग्य परीक्षण विधियों की तुलना में कम आक्रामक और दर्द रहित है; दूसरा, यह प्रत्यक्ष रासायनिक संशोधन के कारण होने वाले क्रॉसस्टॉक से बचने के लिए अलग-अलग माइक्रोसुइयों की एक श्रृंखला का उपयोग करता है; तीसरा, बहु-पैरामीटर परीक्षण आवश्यकताओं को पूरा करने के लिए माइक्रोसुइयों को लचीले ढंग से जोड़ा जा सकता है; चौथा, यह सीटू में अंतरालीय तरल पदार्थ में चुनिंदा रूप से कई विश्लेषणों का पता लगा सकता है; और पांचवां, इसका स्व-अंशांकन मॉड्यूल पारंपरिक सीजीएम की अंशांकन चुनौतियों का समाधान करते हुए, आक्रामक रक्त नमूने की आवश्यकता को समाप्त करता है।
प्रदर्शन को बढ़ाने के लिए, माइक्रोनीडल्स को पहले कार्बन नैनोट्यूब (सीएनटी) के साथ संशोधित किया जाता है और फिर एक नैनोकम्पोजिट बनाने के लिए पॉली (3,4 - एथिलीनडाइऑक्सीथियोफीन): पॉलीस्टीरिनसल्फोनेट (पीईडीओटी: पीएसएस) के साथ लेपित किया जाता है, जिसे बाद में विभिन्न कार्यात्मक इलेक्ट्रोड में संशोधित किया जाता है। एम्परोमेट्री का उपयोग करके एंजाइम इलेक्ट्रोड का उपयोग करके मेटाबोलाइट्स और प्रतिक्रियाशील ऑक्सीजन प्रजातियों का पता लगाया जाता है, जबकि आयनों का पता आयन-चयनात्मक झिल्ली का उपयोग करके लगाया जाता है। इन विट्रो परीक्षण के दौरान, त्वचा की स्ट्रेटम कॉर्नियम का अनुकरण करने के लिए एक सीलिंग झिल्ली का उपयोग किया जाता है, और माइक्रोसुइयां विश्लेषण सांद्रता का पता लगाने के लिए झिल्ली में प्रवेश करती हैं।
स्व-अंशांकन मॉड्यूल खोखली माइक्रोसुइयों के माध्यम से अंतरालीय द्रव में ज्ञात सांद्रता का एक मानक समाधान इंजेक्ट करता है। आसन्न माइक्रोनीडल इलेक्ट्रोड एकाग्रता को मापते हैं, एक संकेत -एकाग्रता संबंध स्थापित करते हैं। अन्य समय बिंदुओं पर संकेतों को अंशांकित करने और मापी गई सांद्रता को सही करने के लिए एक मानक वक्र उत्पन्न किया जाता है। त्रुटि ग्रिड विश्लेषण से पता चला कि स्व-अंशांकन के बाद ग्लूकोज और कोलेस्ट्रॉल की माप त्रुटियाँ क्रमशः 11.33±8.24% और 9.43±8.37% थीं, दोनों नैदानिक आवश्यकताओं को पूरा करते थे; अंशांकन के बाद लैक्टेट और यूरिक एसिड जैसे संकेतकों की त्रुटियां भी काफी कम हो गईं, और डेटा सटीकता अधिक थी।
SC-MMNEA, COMSOL सिमुलेशन, इन विट्रो प्रयोगों और चूहे के मॉडल के माध्यम से मान्य, वास्तविक समय में कई विश्लेषणों की सांद्रता को लगातार रिकॉर्ड कर सकता है। इसकी स्व-अंशांकन सुविधा दीर्घकालिक प्रत्यारोपण के साथ घटी हुई सटीकता की समस्या का समाधान करती है। हाइब्रिड विनिर्माण रणनीति का उपयोग करते हुए, माइक्रोनीडल इलेक्ट्रोड बदले जा सकते हैं, संभावित रूप से अतिरिक्त अणुओं का पता लगाने के लिए इसकी क्षमताओं का विस्तार कर सकते हैं। हालाँकि, डिवाइस को कम तापमान, नाइट्रोजन समृद्ध वातावरण में संग्रहित किया जाना चाहिए और इसे एकल उपयोग के लिए डिज़ाइन किया गया है। भविष्य के काम के लिए औद्योगिक उत्पादन के लिए सेंसर बैच स्थिरता और कोटिंग एकरूपता को अनुकूलित करने की आवश्यकता होगी।
पारंपरिक रक्त ग्लूकोज परीक्षण स्ट्रिप्स और एकल {{0}फ़ंक्शन सीजीएम की तुलना में, एससी {{1}एमएमएनईए वास्तविक समय में कई जैव रासायनिक संकेतकों की निगरानी कर सकता है, जो मधुमेह रोगियों के स्वास्थ्य और शारीरिक स्थिति का व्यापक आकलन प्रदान करता है। इसमें शरीर में रासायनिक पदार्थों की दीर्घकालिक निगरानी के लिए पहनने योग्य नैदानिक उपकरणों के अनुप्रयोग को बढ़ावा देने की क्षमता है।