Glukometer-Testkit

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Hintergrund

Diabetes mellitus betrifft schätzungsweise 16 Millionen Menschen in den Vereinigten Staaten. Weitere fünf Millionen Menschen haben die Krankheit und merken es nicht. Diabetes ist eine chronische Stoffwechselerkrankung, die die Fähigkeit der Bauchspeicheldrüse beeinträchtigt, Insulin zu produzieren oder darauf zu reagieren. Die beiden Hauptformen von Diabetes sind Typ I und Typ II. Beide Arten von Diabetes können aufgrund eines Mangels an Insulin, einem Hormon, das von der Bauchspeicheldrüse produziert wird, einen erhöhten Blutzuckerspiegel haben. Insulin ist ein wichtiger Regulator des körpereigenen Stoffwechsels. Nach den Mahlzeiten wird die Nahrung im Magen und Darm verdaut. Kohlenhydrate werden in Zuckermoleküle zerlegt – von denen Glukose eines ist – und Proteine ​​​​werden in Aminosäuren zerlegt. Glukose und Aminosäuren werden direkt in den Blutkreislauf aufgenommen und der Blutzuckerspiegel steigt. Normalerweise signalisiert der Anstieg des Blutzuckerspiegels wichtigen Zellen in der Bauchspeicheldrüse – den sogenannten Beta-Zellen –, Insulin auszuschütten, das in den Blutkreislauf gelangt. Insulin ermöglicht dann Glukose und Aminosäuren, in die Körperzellen einzudringen, wo es zusammen mit anderen Hormonen steuert, ob diese Nährstoffe zur Energiegewinnung verbrannt oder für die zukünftige Verwendung gespeichert werden. Wenn der Blutzuckerspiegel auf das Niveau vor der Mahlzeit sinkt, reduziert die Bauchspeicheldrüse die Insulinproduktion und der Körper nutzt seine gespeicherte Energie, bis die nächste Mahlzeit zusätzliche Nährstoffe liefert.

Bei Typ-I-Diabetes werden die insulinproduzierenden Betazellen in der Bauchspeicheldrüse nach und nach zerstört; schließlich ist der Insulinmangel absolut. Ohne Insulin, um Glukose in die Zellen zu transportieren, wird der Blutzuckerspiegel übermäßig hoch, ein Zustand, der als Hyperglykämie bekannt ist. Da der Körper den Zucker nicht verwerten kann, gelangt er in den Urin und geht verloren. Schwäche, Gewichtsverlust und übermäßiger Hunger und Durst gehören zu mehreren Indikatoren für diese Krankheit. Die Patienten werden zum Überleben auf das verabreichte Insulin angewiesen.

Typ-II-Diabetes ist der weitaus häufigere Diabetes. Die meisten Typ-II-Diabetiker scheinen unterschiedliche Insulinmengen zu produzieren, weisen jedoch Anomalien in Leber- und Muskelzellen auf, die seiner Wirkung widerstehen. Insulin bindet an die Rezeptoren der Zellen, aber Glukose gelangt nicht in einen Zustand, der als Insulinresistenz bekannt ist. Während viele Patienten den Typ-II-Diabetes mit einer Diät oder mit Medikamenten kontrollieren können, die die Bauchspeicheldrüse zur Insulinausschüttung anregen, verschlechtert sich der Zustand häufig und kann eine Insulinverabreichung erfordern.

Ein weiterhin hoher Blutzuckerspiegel (über 150 mg/DL) kann zu gesundheitlichen Komplikationen wie Blindheit, Herzerkrankungen, Nierenerkrankungen und Nervenschäden führen. Eine Möglichkeit, wie Diabetiker die Blutzuckerkonzentration überwachen, besteht darin, Blutproben mehrmals am Tag zu testen und die entsprechende Dosis Insulin zu injizieren. Auf Empfehlung des Arztes und unter Verwendung solcher Produkte messen Patienten den Blutzuckerspiegel normalerweise mehrmals (drei bis fünf) am Tag. Im Allgemeinen werden diese Blutproben am Finger entnommen, können aber auch an anderen Stellen entnommen werden. Mit einer Lanzette aus dem Finger wird in den Finger gestochen und eine kleine Menge Blut entnommen, die auf einen Teststreifen aufgetragen wird. Der Teststreifen wird in ein Überwachungskit gegeben, das typischerweise auf der elektroenzymatischen Oxidation von Glukose basiert. Obwohl es keine bekannte Heilung für Diabetes gibt, zeigen Studien, dass Patienten, die ihren Blutzuckerspiegel regelmäßig kontrollieren und eng mit ihrem Gesundheitsdienstleister zusammenarbeiten, weniger Komplikationen in Bezug auf die Krankheit haben.

Unter Verwendung eines typischen Blutzuckermessgeräts und einer Lanzettenvorrichtung ist das Probenahme- und Messverfahren im Allgemeinen wie folgt. Zuerst bereitet der Benutzer das Messgerät zur Verwendung vor, indem er einen Teststreifen aus einer Schutzhülle oder einem Fläschchen entfernt und in das Messgerät einführt. Das Blutzuckermessgerät kann die richtige Platzierung des Teststreifens bestätigen und anzeigen, dass er für eine Probe vorbereitet ist. Einige Blutzuckermessgeräte können zu diesem Zeitpunkt auch einen Kalibrierungs- oder Referenzschritt erfordern. Der Benutzer bereitet die Stechhilfe vor, indem er eine Abdeckung von der Stechhilfe entfernt, eine Einweg-Lanzette in die Stechhilfe einsetzt, die Abdeckung wieder aufsetzt und einen federartigen Mechanismus in die Stechhilfe einsetzt, der die Kraft bereitstellt, um die Lanzette in die Haut zu treiben . Diese Schritte können gleichzeitig erfolgen (z. B. stellen typische Stechhilfen ihre Federmechanismen ein, wenn man die Lanzette installiert). Der Benutzer setzt dann die Stechhilfe auf den Finger. Nach dem Positionieren der Stechhilfe auf dem Finger drückt der Benutzer eine Taste oder schaltet das Gerät ein, um die Lanzette freizugeben. Die Feder treibt die Lanzette nach vorne und erzeugt eine kleine Wunde.

Nach dem Einstechen erscheint ein kleiner Blutstropfen an der Einstichstelle. Falls ausreichend, platziert der Benutzer die Probe gemäß den Anweisungen des Herstellers auf einem Teststreifen. Das Messgerät misst dann die Blutglukosekonzentration (typischerweise durch chemische Reaktion von Glukose mit Reagenzien auf dem Teststreifen).

Verlauf

2001 wurde Dr. Helen Free in die National Inventor's Hall of Fame in Akron, Ohio, aufgenommen. In den 1940er Jahren entwickelte Dr. Free die ersten Selbsttest-Kits, die es Diabetikern ermöglichten, ihren Blutzucker zu überwachen, indem sie ihren Urin zu Hause überprüfen. Früher mussten Diabetiker in eine Arztpraxis, um ihren Blutzuckerspiegel kontrollieren zu lassen. Frühindikatoren für die Heimanalyse basierten auf Urintests. Dr. Free war an über sieben Patenten beteiligt, die zu Verbesserungen im Design und in der Funktion für den Heimtest von Glukose führten. In den späten 1950er und frühen 1960er Jahren wurden die Blutzuckerspiegel analysiert, um genauere Werte für die Überwachung und Behandlung zu ermitteln.

Die Lösung für Diabetiker war jahrelang eines von mehreren Urinanalyse-Kits, die ungenaue Blutzuckermessungen lieferten. Später wurden Reagenzstreifen für Urintests entwickelt. Das Testen von Urin auf Glukose ist jedoch in der Genauigkeit eingeschränkt, insbesondere da die Nierenschwelle für das Verschütten von Glukose in den Urin von Person zu Person unterschiedlich ist. Darüber hinaus ist Zucker (Glukose) im Urin ein Zeichen dafür, dass die Glukose mehrere Stunden vor dem Test zu hoch war, da die Glukose den Urin zeitverzögert erreicht. Messwerte aus dem Urin geben daher einige Stunden vor dem Urintest einen Hinweis auf den Glukosespiegel im Blut.

Genauere Messwerte sind möglich, indem Messwerte direkt aus dem Blut entnommen werden, um den aktuellen Glukosespiegel zu bestimmen. Das Aufkommen der Heimbluttests wird von einigen als der bedeutendste Fortschritt in der Versorgung von Diabetikern seit der Entdeckung des Insulins im Jahr 1921 angesehen. Mit der Entwicklung von Reagenzstreifen für Vollbluttests wurde die Heimblutzuckermessung verfügbar gemacht. Der Reagensstreifen umfasst ein Reaktantensystem, umfassend ein Enzym, wie Glucoseoxidase, das in der Lage ist, die Oxidationsreaktion von Glucose zu Gluconsäure und Wasserstoffperoxid zu katalysieren; ein Indikator oder ein oxidierbarer Farbstoff, wie o-Tolidin; und eine Substanz mit peroxidativer Aktivität, die die Oxidation des Indikators katalysieren kann. Der Farbstoff oder Indikator nimmt je nach Oxidationsgrad, der von der Glucosekonzentration in der Blutprobe abhängt, einen optisch unterschiedlichen Farbton an.

Rohstoffe

Es gibt viele Rohstoffe, die zur Herstellung eines Glukose-Monitoring-Kits verwendet werden. Die Teststreifen bestehen aus einem porösen Gewebe oder Material wie Polyamid, Polyolefin, Polysulfon oder Zellulose. Es gibt auch ein wasserbasiertes Hydroxyeslastomer mit Kieselsäure und gemahlenem Titandioxid. Wasser, Tramethylbenzidin, Meerrettichperoxidase, Glucoseoxidase, Carboxymethylcellulose und dialysierter carboxylierter Vinylacetatethylcopolymerlatex werden ebenfalls verwendet.

Das Messgerät selbst besteht aus einem Kunststoffgehäuse, in dem die Leiterplatte und die Sensoren untergebracht sind. Es gibt ein Flüssigkristalldisplay (LCD), das die Messwerte des Blutzuckers anzeigt.

Die Lanzette besteht aus einer Edelstahlnadel, die in einem Kunststoffgehäuse eingeschlossen ist.

Design

Es gibt viele verschiedene Formen von Glukose-Testkits. Einige Blutzuckermessgeräte haben bereits Nadeln installiert. Der Benutzer drückt nur den Freigabeknopf und das Messgerät wirft den Nadelstich aus und entnimmt eine Probe. Andere erfordern eine separate Lanzette und Teststreifen. Dies sind die am häufigsten verwendeten Formen von Glukose-Kits.

Das Messgerät selbst hat normalerweise ein LCD-Display oben am Gerät. In der Mitte nach unten befindet sich ein hufeisenförmiger Schlitz, in den der Teststreifen passt. Unter diesem Steckplatz befindet sich ein Sensor, der die Messwerte der Blutprobe überträgt. Das Gerät wird ohne Batterien betrieben und verfügt normalerweise über ein eingebautes Kurzzeitgedächtnis, um sich an vergangene Glukosewerte zu erinnern. Einige Geräte können an Computerprogramme angeschlossen werden, um diese Messwerte zu verfolgen und Diagramme und Diagramme auszudrucken, die drastische Veränderungen darstellen.

Der Herstellungsprozess
Prozess

Teststreifen

1. Der Teststreifen ist vorzugsweise eine poröse Membran in Form eines Vlieses, eines Gewebes, einer gestreckten Bahn oder hergestellt aus einem Material wie Polyester, Polyamid, Polyolefin, Polysulfon oder Zellulose.
2. Ein Teststreifen wird durch Mischen von 40 g eines anionisch stabilisierten (3,8 Gew.-Teile Natriumlaurylsulfat und 0,8 Gew.-Teile Dodecylbenzolsulfonsäure) wasserbasierten Hydroxyl-Elastomers hergestellt, das etwa 5 % nach Gewicht kolloidale Kieselsäure und 5 g fein gemahlenes Titandioxid. Anschließend werden 1 g Tetramethylbenzidin, 5000 Einheiten Meerrettichperoxidase, 5000 Einheiten Glucoseoxidase, 0,12 g Tris und 10 g Wasser (Hydroxymethyl)aminomethan (Puffer) in den Ansatz eingemischt.
3. Nach dem Mischen, um eine homogene Mischung sicherzustellen, wird die Charge auf eine Polyethylenterephthalatfolie gegossen, um die strukturelle Integrität in einer Trägermatrix zu erhöhen, und 20 Minuten lang bei 122 °F (50 °C) getrocknet.
4. Als nächstes werden 100 mg 3-Dimethylaminobenzoesäure, 13 mg 3-Methyl-2-benzothiazolinonhydrazon, 100 mg Zitronensäuremonohydrat-Natriumcitratdihydrat und 50 mg Loval in trockener Form zu a . gegeben 50 ml-Tube.
5. Diese trockenen Materialien werden mit einem Spatel vermischt, dann werden 1,5 g einer 10%igen wässrigen Lösung von Carboxymethylcellulose zugegeben und gründlich mit den obigen Feststoffen vermischt.
6. Als nächstes werden 2,1 g dialysierter carboxylierter Vinylacetat-Ethyl-Copolymer-Latex zugegeben und gründlich gemischt.

   Das Latexcopolymer wurde dialysiert (Trennung größerer Partikel von kleineren Partikeln), indem etwa 100 g carboxylierte Vinylacetat/Ethylen-Copolymer-Emulsion in einen Membranschlauch gegeben wurden. Die gefüllte Membran wurde in einem Wasserbad (destilliert) bei 68ºF (20ºC) 60 Stunden lang getränkt, um Partikel mit niedrigem Molekulargewicht, nicht umgesetztes Monomer, Katalysator, Tensid usw. durch die Membran passieren zu lassen. Während der 60 Stunden wurde das Wasser unter Verwendung eines Überlaufsystems kontinuierlich gewechselt. Die verbleibende dialysierte Emulsion wurde dann zur Herstellung der Reagensschicht verwendet.

7. Dann werden 0,18 ml Glucoseoxidase als Flüssigkeit in das Röhrchen gepipettiert. Als nächstes wird Peroxidase als Flüssigkeit in das Röhrchen pipettiert und Tartrazin wird in das Röhrchen pipettiert. Die resultierende Mischung wird gründlich gemischt. Diese Mischung wird ungefähr 15 Minuten stehengelassen.
8. Ein polierter-matter Vinylträger wurde vor dem Beschichten mit der obigen Lösung geschnitten, um Zellenreihen zu bilden, und dann mit Methanol sauber gewischt. Die Mischung wird in eine 10-ml-Spritze aufgezogen und ca. 10,6 mm Tropfen werden auf jede Zellreihe gegeben. Die beschichtete Zellreihe wird in einem Ofen auf 98,6 °F (37 °C) 30 Minuten lang erhitzt, gefolgt von 113 °F (45 °C) für zwei Stunden. Dieser Vorgang des Beschichtens und Verteilens der Mischung wird für jede Zellenreihe wiederholt. Die Zellreihen wurden dann in Streifen der gewünschten Größe geschnitten.
9. Diese Streifen wurden mit absorbierenden Silikagelpackungen verpackt und über Nacht bei ungefähr 86 °F (30 °C) und 25 mm/Hg Vakuum getrocknet.

Das Blutzuckermessgerät

1. Eine Formpresse wird in die Formhohlräume geladen, und ein Pellet aus Einkapselungsmaterial (thermoplastische Harze, die beim Spritzgießen verwendet werden, wie Phenolharz, Epoxidharz, Silikonharz, ungesättigtes Polyesterharz und andere duroplastische Harze) wird eingelegt eine Aufnahmekammer.

   Der Patient sticht sich in den Finger und trägt eine Probe auf den Teststreifen auf. Der Teststreifen wird dann in das Blutzuckermessgerät eingeführt. Nach etwa 10-15 Sekunden erscheint der Blutzuckermesswert.

2. Die Kapselung der integrierten Schaltkreise (des Glukosedetektors) wird durch Erhitzen des Kapselmaterialpellets und Pressen innerhalb der Kammer unter Verwendung eines Transferkolbens erreicht, wodurch sich das Pellet verflüssigt und durch kleine Durchgänge zwischen den Formhohlräumen in die Formhohlräume fließt Kammer und die Formnester.
3. Nach erneutem Erstarren des Vergussmaterials wird die Formpresse geöffnet und die Formteile getrennt.
4. Nach dem Entfernen der eingekapselten integrierten Schaltkreise ist die offene Formpresse bereit, neue Einsätze und Einkapselungsmaterialpellets aufzunehmen, um den Einkapselungsprozess zu wiederholen.

Die Lanzette

1. Blutlanzetten werden heute im Allgemeinen entweder im Spritzgussverfahren oder im Montageverfahren hergestellt. Beim Spritzgussverfahren wird der Draht durch das Anhaften des Drahtes an das umgebende Fingergriffmaterial an Ort und Stelle gehalten.
2. Die Fingergriffe bestehen im Allgemeinen aus Kunststoff wie Polyethylen. Die scharfe Spitze des Drahtes ist in eine Spitzenabdeckung mit einem schmalen Hals eingebettet, der die Spitzenabdeckung an den Fingergriffen befestigt.
3. Die Spitzenabdeckung hält die Drahtspitze bis zum Gebrauch sauber. Wenn die Lanzette verwendet werden soll, wird die Spitzenabdeckung am Hals abgedreht, wodurch die Drahtspitze für die Verwendung freigelegt wird.
4. Beim Montageprozess wird der Draht mit einem Klebstoff wie Thermoepoxid, Zweikomponenten-Epoxid oder UV-Kleber an den Fingergriffen befestigt.
5. Zum Schutz und zur Sterilität wird dann eine Kappe über die Drahtspitze gestülpt. Wenn die Lanzette verwendet werden soll, wird die Kappe am Hals abgedreht, wodurch die Drahtspitze für den Gebrauch freigelegt wird.

Nebenprodukte/Abfälle

Kunststoffe und verschiedene Polymere, die für die Gehäuse verwendet werden, können recycelt werden, um geschmolzen und in Formen gegossen zu werden. Chemikalien, die als Reagenzien auf den Teststreifen verwendet werden, werden als Laborabfälle entsorgt. Der Großteil der Teile ist recycelbar, daher fällt wenig Abfall an.

Die Zukunft

Die Forschung zu implantierbaren Sensoren schreitet gut voran. Mehrere Systeme wurden entwickelt und könnten bald in die klinische Erprobung eintreten. Dabei handelt es sich um sehr kleine Nadeln, die unter die Haut implantiert werden. Chemikalien in der Nadelspitze reagieren mit der Glukose im Gewebe und erzeugen ein elektrisches Signal. Das Verfahren ähnelt dem Verfahren, das in den meisten Blutzuckermessgeräten verwendet wird. Das elektrische Signal kann dann per Telemetrie an einen armbanduhrgroßen Empfänger übertragen werden, der das Signal als Glukosewert zum Ablesen auf der Uhr interpretieren kann.

Ein alternatives System, das entwickelt wird, verwendet einen winzigen Laserstrahl, um ein mikroskopisches Loch in die Haut zu bohren, durch das ein winziger Tropfen Gewebeflüssigkeit gezogen wird. Das Gerät kann dann die Glukose in der Flüssigkeit auf ähnliche Weise wie das zuvor beschriebene Gerät messen. Die Entwickler dieses Geräts hoffen, in einem Empfänger in der Größe einer Armbanduhr einen Mechanismus zu kombinieren, um Insulin durch die Haut zu injizieren, wobei ein Verfahren namens umgekehrte Iontophorese verwendet wird. Bei diesem Prozess wird ein elektrischer Strom verwendet, um Insulin ohne Nadelstich durch die Haut passieren zu lassen. Beide Geräte sind noch einige Jahre von der allgemeinen Nutzung entfernt.

Unblutige Messgeräte, die den Blutzucker messen, ohne sich in den Finger zu stechen, sind ein ultimativer Traum. An der Kansas State University wurde eine ähnliche Technologie für die Lebensmittelindustrie entwickelt, bei der ein Laserstrahl verwendet wird, um den Zuckergehalt von Obst und anderen Lebensmitteln zu messen, ohne die Haut der Lebensmittel zu beschädigen. Leider ist diese Technologie beim Menschen schwieriger anzuwenden. Die Hautdicke variiert von Person zu Person und die Temperatur variiert die Genauigkeit. Diese Technologie, die als "The Dream Beam" bezeichnet wird, ist noch möglich, aber es wird noch einige Zeit dauern, bis sie billig genug oder genau genug ist, um in Zukunft von praktischem Nutzen zu sein.

Synthetic Blood International (SYBD) hat einen implantierbaren Glukose-Biosensor zur Überwachung des Blutzuckers entwickelt, der das Einstechen in die Finger überflüssig macht. Der Glukose-Biosensor verwendet ein für Glukose spezifisches Enzym. Einmal in das subkutane Gewebe implantiert, bietet der Biosensor, der etwa die Größe eines Herzschrittmachers hat, eine kontinuierliche und genaue Überwachung des Blutzuckers. Die neueste Technologie ist noch einige Jahre davon entfernt, ein geschlossenes Kreislaufsystem anbieten zu können, bei dem Insulin basierend auf den digitalen Messwerten des Biosensors abgegeben wird. Letztendlich wird der Glukose-Biosensor mit einer implantierten Insulinpumpe verbunden, wodurch eine mechanische Pankreas mit geschlossenem Kreislauf entsteht.

Weitere Informationen

Andere

Abbott Laboratories-Webseite. Dezember 2001. .

Webseite der American Diabetes Association. Dezember 2001. .

Internationale Webseite für synthetisches Blut. Dezember 2001. .

Webseite der US-amerikanischen Food and Drug Administration. Dezember 2001. .

Bonny S. McClain