حساسات غلوكوز الدم Blood-Glucose Sensors

*حساسات غلوكوز الدم Blood-Glucose Sensors: *

&القياس الدقيق لغلوكوز الدم ضروري في التشخيص والعلاج الطويل الأجل لمرضى السكر . يستعرض هذا الجزء استخدام الحساسات الحيوية في القياس المستمر لمستويات الغلوكوز في الدم وسوائل الجسم الأخرى .

يعتبر الغلوكوز الكربوهيدرات الأساسي الذي يدور في أنحاء الجسم . إن تركيز الغلوكوز في الدم للأشخاص العاديين الصائمين منظم جداً ، عادة ما يكون من 80 حتى 90 mg/100 ml ، في الساعة الأولى أو بعد تناول الوجبة .

يعزز هرمون الأنسولين ، الذي يتم إنتاجه بواسطة خلايا بيتا في البنكرياس ، نقل الغلوكوز إلى العضلات والأنسجة الدهنية . في حالة الأشخاص الذين يعانون من مرض السكري ، يحدث قصور في امتصاص الأنسولين المنظم ، ولذلك فإنه من الممكن أن يصل تركيز الغلوكوز في الدم من 300 حتى 700 mg/100 ml (زيادة السكر في الدم hyperglycemia) .

يعتبر التحديد الدقيق لمستوى الغلوكوز في سوائل الجسم ، مثل الدم ، والبول ، وفي السائل النخاعي الدماغي ، مساعداً أساسياً في تشخيص مرض السكري وفي تحسين علاج هذا المرض . يرتفع غلوكوز الدم وينخفض عدة مرات في اليوم ، ولذلك من الصعب الحفاظ على المستوى الطبيعي للغلوكوز عن طريق إعطاء الأنسولين من خلال جرعات دوائية لا يتم مراقبتها . إحدى الطرق للتغلب على ذلك هي باستخدام جهاز حقن أنسولين ذاتي الضبط بواسطة حساس حيوي يتم التحكم به بواسطة الأنسولين حيث يقوم هذا الحساس بالمراقبة المستمرة للحاجة إلى الأنسولين ويعطي الأنسولين بالمعدل الصحيح وبالوقت المناسب .&

**1. طريقة أوكسيداز الغلوكوز: **

&تستخدم طريقة أوكسيداز الغلوكوز في عدد كبير من أشرطة القياس البسيطة المتاحة تجارياً وتسمح بإعطاء قياسات سهلة وسريعة لغلوكوز الدم . تعتمد شرائح نتائج شرائح القياس على التفاعل أوكسيداز-بيروكسيداز المولد للون . بعد اختلاط نقطة من الدم مع المعامل الموجود على شريط الاختبار ، يحدث التفاعل الموضح بالمعادلة التالية :

بإضافة إنزيم البيروكسيداز والـ O-dianisine ،فإن الاوكسجين المولد للون ، ينتج عنه مركب كيميائي يمكن تقييمه بالعين .

إن استخدام أوكسيداز الغلوكوز مع القياسات الضوئية الانعكاسية ينتج عنه نظام مراقبة لمستوى غلوكوز الدم . ففي جهاز اللمسة الواحدة (One Touch) المبين بالشكل (1) ، يتم إدخال شريحة القياس إلى الجهاز ، ومن ثم وضع نقطة من الدم على نهاية هذه الشريحة ، وعرض النتيجة على شاشة رقمية بعد 5 ثوان .

 الشكل (1) جهاز اللمسة الواحدة 

يظهر في الشكل (1) ما يلي :

(a) : يتم إدخال شريط القياس في الجهاز .

(b) : تستخدم إبرة لوخز الجلد لعمق أقل من 1 mm .

(c) : عينة الدم التي يبلغ حجمها 1µL يتم وضعها على طرف الشريط حيث يتم سحبها بفعل الخاصية الشعرية .

(d) : بعد 5 ثوان يظهر المقياس غلوكوز الدم على الشاشة بالـ mg/dL  .&

**2. الطريقة الكهروإنزيمية : **

& تستخدم الحساسات الكهروإنزيمية ظاهرة أكسدة الغلوكوز بإنزيم أوكسيداز الغلوكوز . إن التفاعل الكيميائي للغلوكوز مع الاوكسجين يتم تحفيزه بوجود أوكسيداز الغلوكوز ، حيث ينتج عن ذلك انخفاض في الضغط الجزئي للأوكسجين (Po₂) ، وزيادة في الـ PH ، وإنتاج بيروكسيد الهيدروجين عن طريق أكسدة الغلوكوز إلى حمض الغليكونيك تبعاً للمعادلة التالية :

يقوم الباحثون بقياس التغيرات في كل هذه المركبات الكيميائية  لتحديد تركيز الغلوكوز . يستخدم إلكترود إنويم الغلوكوز الأساسي :

1. إنزيم أوكسيداز الغلوكوز المثبت على غشاء أو مصفوفة من الجيلاتين .

2. إلكترود حساس للأوكسجين .

إن التغيرات في تركيز الاوكسجين عند الإلكترود ، الناتجة عن التفاعل التحفيزي للغلوكوز والأوكسجين يمكن قياسها إنا بمقياس تيار أو بمقياس فرق جهد .

بما أن تقنية الإلكترود الوحيد حساسة لكل من الغلوكوز وكمية الأكسجين الموجودة في المحلول ، فقد تم إجراء تعديل لإلغاء استجابة النظام للأوكسجين عن طريق استخدام إلكترودين حساسين للأوكسجين . يبين الشكل (2) كلاً من مبدأ الإلكترود الإنزيمي والإلكترود الإنزيمي ثنائي المهبط . بينما يتحسس الإلكترود الآخر للأوكسجين فقط . يتم تحديد كمية الغلوكوز كتابع للفرق بين القراءتين لهذين الإلكترودين . تم في الآونة الأخيرة تطوير أغشية مانعة للماء (hydrophobic membranes) وأكثر نفاذية للأوكسجين منها للغلوكوز . إن وضع هذه الأغشية على إلكترود إنزيم الغلوكوز يحل المشكلة المصاحبة للحد من الأوكسجين ويزيد من الاستجابة الخطية للحساس بالنسبة إلى الغلوكوز .

 المشكلة الأساسية مع حساسات الغلوكوز الإنزيمية هي عدم استقرار الإنزيم المثبت وتضرر سطح الغشاء نتيجة للظروف الفيزيولوجية المختلفة . تعمل معظم حساسات الغلوكوز بكفاءة فقط لفترة قصيرة من الزمن . ولتحسين تكنولوجيا الحساسات الحالية ، فإنه يجب تطوير أغشية ذات انتقائية عالية .

تشمل الخواص التي يجب أخذها في الاعتبار عند تصميم وتصنيع هذه الأغشية ما يلي :

- معدل الانتشار لكل من الاوكسجين والغلوكوز من الوسط الخارجي إلى سطح الغشاء .

- تدرجات الانتشار والتركيز ضمن الغشاء .

- تثبيت الإنزيم .

- استقرار التفاعل الإنزيمي .