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DOI: 10.1055/s-0036-1580866
Nicht-invasive Glucosemessung mit Quantenkaskadenlasern im MIR und photothermischer Detektion
Die kontinuierliche Überwachung des Blutzuckers ist für die Behandlung von Diabetikern essentiell. Unsere Forschung zielt auf die Entwicklung eines reagenzienfreien, nicht-invasiven Verfahrens mit hoher Spezifizität zur Bestimmung der Blutglucosekonzentration.
Mittelinfrarotspektroskopie mit photothermischer Detektion bietet hohe Sensitivität, Spezifizität und Selektivität durch die spezifischen Absorptionseigenschaften von Biomolekülen (molekularer Fingerabdruck). Bei unserem Verfahren wird mit einem durchstimmbaren (980 – 1245 cm-1) Quantenkaskadenlaser (QCL) in die Epidermis (bis ca. 100 µm) periodisch eingestrahlt. Dabei wird durch Absorption der Strahlung, insbesondere von Glucose in der interstitiellen Flüssigkeit (ISF), eine Wärmewelle erzeugt. Die Amplitude der Wärmewelle ist u.a. abhängig von der Glucosekonzentration in der ISF der Hautschichten, welche sehr gut mit der Blutglucosekonzentration korreliert [Oliver, et al. Diabetic medicine. Vol 26. 2009]. Diese Wärmewelle wird mit einem Abtastlaser gemessen, der durch ein auf der Haut platziertes Prisma geleitet wird. Durch Änderung der Modulationsfrequenz des QCL kann tiefenselektiv gemessen werden, da diese die ‚Wanderstrecke‘ der thermischen Signale bestimmt.
Mittels der Methode ist es möglich, den Verlauf der Blutglucose bei einem diabetischen Probanden in vivo mit einem Fehler von < 10 mg/dl zu verfolgen und die eindeutige spektrale Signatur der Glucose zu erkennen [Pleitez, et. al. Analyst 140, No. 2 (2015)]
Zudem wurde ein differenzspektroskopischer Ansatz zur Korrektur von Interferenzen des Stratum corneum auf Basis der Tiefenselektivität zur Vereinfachung der Regressionsmodelle untersucht.
Photothermische Deflektionsspektroskopie mit gepulsten QCLs ist eine vielversprechende Technik, die wesentliche Bedingungen für einen zuverlässigen nicht-invasivem Glucosesensor erfüllt: Selektivität, Spezifizität, Stabilität und Sensitivität. Die Möglichkeit der tiefenselektiven Messung könnte zur Vereinfachung der Kalibrierung des Systems beitragen.