Glucometer-testkit

Achtergrond

Diabetes mellitus treft naar schatting 16 miljoen mensen in de Verenigde Staten. Nog eens vijf miljoen mensen hebben de ziekte en beseffen het niet. Diabetes is een chronische stofwisselingsziekte die het vermogen van de alvleesklier om insuline te produceren of erop te reageren beïnvloedt. De twee belangrijkste vormen van diabetes zijn type I en type II. Beide soorten diabetes kunnen een verhoogde bloedsuikerspiegel hebben als gevolg van onvoldoende insuline, een hormoon dat door de alvleesklier wordt geproduceerd. Insuline is een belangrijke regulator van het metabolisme van het lichaam. Na de maaltijd wordt het voedsel verteerd in de maag en darmen. Koolhydraten worden afgebroken tot suikermoleculen - waarvan glucose er een is - en eiwitten worden afgebroken tot aminozuren. Glucose en aminozuren worden direct in de bloedbaan opgenomen en de bloedsuikerspiegel stijgt. Normaal gesproken signaleert de stijging van de bloedglucosespiegels belangrijke cellen in de pancreas, bètacellen genaamd, om insuline af te scheiden, dat in de bloedbaan terechtkomt. Insuline zorgt er vervolgens voor dat glucose en aminozuren cellen in het lichaam kunnen binnendringen waar het, samen met andere hormonen, bepaalt of deze voedingsstoffen zullen worden verbrand voor energie of worden opgeslagen voor toekomstig gebruik. Naarmate de bloedsuikerspiegel daalt tot het niveau van voor de maaltijd, vermindert de alvleesklier de productie van insuline en gebruikt het lichaam de opgeslagen energie totdat de volgende maaltijd extra voedingsstoffen levert.

Bij type I diabetes worden de bètacellen in de pancreas die insuline produceren geleidelijk vernietigd; uiteindelijk is insulinetekort absoluut. Zonder insuline om glucose naar de cellen te verplaatsen, worden de bloedsuikerspiegels extreem hoog, een aandoening die bekend staat als hyperglykemie. Omdat het lichaam de suiker niet kan gebruiken, komt het in de urine terecht en gaat het verloren. Zwakte, gewichtsverlies en overmatige honger en dorst behoren tot verschillende indicatoren van deze ziekte. Patiënten worden afhankelijk van toegediende insuline om te overleven.

Type II diabetes is verreweg de meest voorkomende diabetes. De meeste type II-diabetici lijken variabele hoeveelheden insuline te produceren, maar hebben afwijkingen in lever- en spiercellen die de werking ervan weerstaan. Insuline hecht zich aan de receptoren van cellen, maar glucose komt niet binnen in een aandoening die bekend staat als insulineresistentie. Hoewel veel patiënten diabetes type II kunnen beheersen met een dieet of met medicijnen die de alvleesklier stimuleren om insuline af te geven, verergert de aandoening gewoonlijk en kan insulinetoediening nodig zijn.

Bloedglucosewaarden die hoog blijven (boven 150 mg/DL) kunnen leiden tot gezondheidscomplicaties zoals blindheid, hartaandoeningen, nieraandoeningen en zenuwbeschadiging. Een manier waarop diabetici de bloedglucoseconcentratie kunnen controleren, is door meerdere keren per dag bloedmonsters te testen en de juiste dosis insuline te injecteren. Op aanbeveling van artsen en bij gebruik van dergelijke producten, meten patiënten doorgaans meerdere (drie tot vijf) keer per dag de bloedglucosespiegel. Meestal worden deze bloedmonsters uit de vinger genomen, maar ze kunnen ook op andere plaatsen worden afgenomen. Een vingerprik bestaande uit een lancet wordt gebruikt om in de vinger te prikken en een kleine hoeveelheid bloed op te nemen die op een teststrip wordt geplaatst. De teststrip wordt in een controlekit geplaatst die typisch is gebaseerd op de elektro-enzymatische oxidatie van glucose. Hoewel er geen bekende remedie voor diabetes is, tonen onderzoeken aan dat patiënten die regelmatig hun bloedglucosewaarden controleren en nauw samenwerken met hun zorgverleners, minder complicaties hebben met betrekking tot de ziekte.

Met behulp van een typische glucometer en prikapparaat is het bemonsterings- en meetproces in het algemeen als volgt. Eerst maakt de gebruiker de meter klaar voor gebruik door een teststrip uit een beschermende verpakking of flacon te halen en deze in de meter te steken. De glucometer kan de juiste plaatsing van de teststrip bevestigen en aangeven dat deze voor een monster is voorbereid. Sommige glucometers kunnen op dit moment ook een kalibratie- of referentiestap vereisen. De gebruiker bereidt het prikapparaat voor door een dop van het prikapparaat te verwijderen, een wegwerplancet in het prikapparaat te plaatsen, de dop terug te plaatsen en een veerachtig mechanisme in het prikapparaat te plaatsen dat de kracht levert om het lancet in de huid te duwen . Deze stappen kunnen gelijktijdig plaatsvinden (bijv. typische prikapparaten stellen hun veermechanisme in wanneer men het lancet installeert). De gebruiker plaatst vervolgens het prikapparaat op de vinger. Nadat de prikpen op de vinger is geplaatst, drukt de gebruiker op een knop of schakelt hij de prikpen in om het lancet los te laten. De veer drijft het lancet naar voren, waardoor een kleine wond ontstaat.

Na het prikken verschijnt er een klein druppeltje bloed op de prikplaats. Indien voldoende plaatst de gebruiker het monster volgens de instructies van de fabrikant op een teststrip. De meter meet vervolgens de bloedglucoseconcentratie (meestal door een chemische reactie van glucose met reagentia op de teststrip).

Geschiedenis

In 2001 werd Dr. Helen Free ingewijd in de National Inventor's Hall of Fame in Akron, Ohio. In de jaren 40 ontwikkelde Dr. Free de eerste zelftestkits waarmee diabetici hun bloedsuikerspiegel konden controleren door thuis hun urine te controleren. Vroeger moesten diabetici naar de dokter om hun bloedsuikerspiegel te laten controleren. Vroege indicatoren voor thuisanalyse waren gebaseerd op urinetests. Dr. Free was betrokken bij meer dan zeven patenten die leidden tot verbeteringen in ontwerp en functie voor het thuis testen van glucose. Aan het eind van de jaren vijftig en het begin van de jaren zestig werden de bloedglucosespiegels geanalyseerd om nauwkeurigere niveaus te detecteren voor monitoring en behandeling.

Jarenlang was de oplossing voor diabetici een van de vele urineanalysekits die onnauwkeurige metingen van glucose in het bloed opleverden. Later werden reagensstrips voor urinetests ontwikkeld. Het testen van urine op glucose is echter beperkt in nauwkeurigheid, vooral omdat de renale drempel voor het morsen van glucose in de urine voor elk individu anders is. Bovendien is suiker (glucose) in de urine een teken dat de glucose enkele uren voorafgaand aan de test te hoog was vanwege de vertraging in het bereiken van glucose in de urine. Metingen uit de urine zijn daarom indicatief voor het glucosegehalte in het bloed enkele uren voordat de urine wordt getest.

Nauwkeurigere metingen zijn mogelijk door rechtstreekse metingen uit het bloed te nemen om de huidige glucosespiegels te bepalen. De komst van bloedtesten voor thuis wordt door sommigen beschouwd als de belangrijkste vooruitgang in de zorg voor diabetici sinds de ontdekking van insuline in 1921. Bloedglucosetests voor thuis werden beschikbaar gemaakt met de ontwikkeling van reagensstrips voor het testen van volbloed. De reagensstrip omvat een reactantsysteem dat een enzym omvat, zoals glucoseoxidase, dat in staat is de oxidatiereactie van glucose tot gluconzuur en waterstofperoxide te katalyseren; een indicator of oxideerbare kleurstof, zoals o-tolidine; en een stof met peroxidatieve activiteit die de oxidatie van de indicator kan katalyseren. De kleurstof of indicator krijgt een visueel andere kleurtint, afhankelijk van de mate van oxidatie, die afhankelijk is van de glucoseconcentratie in het bloedmonster.

Grondstoffen

Er worden veel grondstoffen gebruikt om een ​​glucosemonitoringkit te maken. De teststrips bestaan ​​uit een poreus weefsel of materiaal zoals polyamide, polyolefine, polysulfon of cellulose. Er is ook een hydroxylelastomeer op waterbasis met silica en gemalen titaandioxide. Water, tramethylbenzidine, mierikswortelperoxidase, glucose-oxidase, carboxymethylcellulose en gedialyseerde gecarboxyleerde vinylacetaat-ethylcopolymeerlatex worden ook gebruikt.

De meter zelf bestaat uit een plastic behuizing waarin de printplaat en sensoren zijn ondergebracht. Er is een liquid crystal display (LCD) dat de metingen van de bloedglucose weergeeft.

Het lancet bestaat uit een roestvrijstalen naald die is omhuld met een plastic behuizing.

Ontwerp

Er zijn veel verschillende vormen van glucosetestkits. Op sommige glucometers zijn al naalden geïnstalleerd. De gebruiker drukt alleen op de ontgrendelingsknop en de meter werpt de naaldprik uit en trekt een monster terug. Anderen hebben een apart lancet en teststrips nodig. Dit zijn de meest gebruikte vormen van glucosekits.

De meter zelf heeft meestal een LCD-scherm aan de bovenkant van de machine. In het midden naar beneden is een hoefijzervormige gleuf waarin de teststrip past. Onder deze sleuf bevindt zich een sensor die de uitlezing van het bloedmonster doorgeeft. Het apparaat werkt op batterijen en heeft meestal een ingebouwd kortetermijngeheugen om eerdere glucosemetingen te onthouden. Sommige apparaten kunnen worden aangesloten op computerprogramma's om deze metingen bij te houden en grafieken en diagrammen uit te printen die drastische verschuivingen weergeven.

Het fabricageproces

Teststrips

1. De teststrip is bij voorkeur een poreus membraan in de vorm van een non-woven, een geweven stof, een uitgerekte laag, of vervaardigd uit een materiaal zoals polyester, polyamide, polyolefine, polysulfon of cellulose.
2. Een teststrip wordt vervaardigd door het mengen van 40 g anionisch gestabiliseerd (3,8 gewichtsdelen natriumlaurylsulfaat en 0,8 gewichtsdelen dodecylbenzeensulfonzuur) hydroxylelastomeer op waterbasis, dat ongeveer 5% op gewichtsbasis colloïdaal siliciumdioxide en 5 g fijngemalen titaandioxide. Vervolgens worden 1 g tetramethylbenzidine, 5.000 eenheden mierikswortelperoxidase, 5.000 eenheden glucose-oxidase, 0,12 g tris en 10 g water (hydroxymethyl)aminomethaan (buffer) in de batch gemengd.
3. Na mengen om een ​​homogeen mengsel te verzekeren, wordt de batch gegoten op een polyethyleentereftalaatvel voor extra structurele integriteit in een dragermatrix, en 20 minuten gedroogd bij 122 °F (50 °C).
4. Vervolgens worden 100 mg 3-dimethylaminobenzoëzuur, 13 mg 3-methyl-2-benzothiazolinonhydrazon, 100 mg citroenzuurmonohydraat-natriumcitraatdihydraat en 50 mg Loval in droge vorm toegevoegd aan een Buis van 50 ml.
5. Deze droge materialen worden gemengd met een spatel, vervolgens wordt 1,5 g 10% waterige oplossing van carboxymethylcellulose toegevoegd en grondig gemengd met de bovengenoemde vaste stoffen.
6. Vervolgens wordt 2,1 g gedialyseerde gecarboxyleerde vinylacetaat-ethylcopolymeerlatex toegevoegd en grondig gemengd.

   Het latexcopolymeer was gedialyseerd (scheiding van grotere deeltjes van kleinere deeltjes) door ongeveer 100 g gecarboxyleerde vinylacetaat/ethyleencopolymeeremulsie in een membraanbuis te brengen. Het gevulde membraan werd gedurende 60 uur in een (gedestilleerd) waterbad bij 68°F (20°C) geweekt om deeltjes met een laag molecuulgewicht, ongereageerd monomeer, katalysator, oppervlakteactieve stof, enz. door het membraan te laten gaan. Gedurende de 60 uur werd het water continu ververst met behulp van een overloopsysteem. De resterende gedialyseerde emulsie werd vervolgens gebruikt bij het bereiden van de reagenslaag.

7. Vervolgens wordt 0,18 ml glucose-oxidase als vloeistof in de buis gepipetteerd. Vervolgens wordt peroxidase als vloeistof naar de buis gepipetteerd en wordt tartrazine naar de buis gepipetteerd. Het resulterende mengsel wordt grondig gemengd. Dit mengsel laat men ongeveer 15 minuten staan.
8. Een gepolijste matte vinyldrager werd, voordat deze werd gecoat met de bovenstaande oplossing, gesneden om celrijen te vormen en vervolgens schoongeveegd met methanol. Het mengsel wordt in een injectiespuit van 10 ml getrokken en druppels van ongeveer 10, 6 mm worden op elke celrij geplaatst. De beklede celrij wordt gedurende 30 minuten in een oven verwarmd op 98,6°F (37°C), gevolgd door 113°F (45°C) gedurende twee uur. Dit proces van coaten en verspreiden van het mengsel wordt herhaald voor elke celrij. De celrijen werden vervolgens in reepjes van de gewenste grootte gesneden.
9. Deze strips werden verpakt met absorberende pakjes silicagel en een nacht gedroogd bij ongeveer 86°F (30°C) en 25 mm/Hg vacuüm.

De glucometer

1. Een vormpers wordt in de vormholten geladen en een pellet van inkapselingsmateriaal (thermoplastische harsen die bij het spuitgieten worden gebruikt, zoals fenolhars, epoxyhars, siliconenhars, onverzadigde polyesterhars en andere thermohardende harsen) wordt erin geplaatst een opvangkamer.

   De patiënt prikt in zijn vinger en brengt een monster aan op de teststrip. De teststrip wordt vervolgens in de glucometer gestoken. Na een periode van ongeveer 10-15 seconden verschijnt de bloedglucosewaarde.

2. Inkapseling van de geïntegreerde schakelingen (van de glucosedetector) wordt bereikt door de omhullende materiaalpellet te verwarmen en in de kamer te drukken met behulp van een transferplunjer, waardoor de pellet vloeibaar wordt en in de vormholten stroomt via kleine doorgangen tussen de kamer en de vormholten.
3. Nadat het omhulmateriaal weer is gestold, wordt de vormpers geopend en worden de matrijsdelen gescheiden.
4. Na verwijdering van de ingekapselde geïntegreerde schakelingen is de open vormpers klaar om nieuwe inzetstukken en omhulmateriaalpellets te ontvangen om het inkapselingsproces te herhalen.

Het lancet

1. Bloedlancetten worden tegenwoordig over het algemeen vervaardigd met behulp van een spuitgietproces of een assemblageproces. Bij het spuitgietproces wordt de draad op zijn plaats gehouden door de hechting van de draad aan het omringende materiaal van de vingergreep.
2. De vingergrepen zijn over het algemeen gemaakt van plastic materiaal zoals polyethyleen. De scherpe punt van de draad is ingebed in een puntafdekking met een smalle nek die de puntafdekking aan de vingergrepen bevestigt.
3. De puntafdekking houdt de draadpunt schoon tot gebruik. Wanneer het lancet moet worden gebruikt, wordt de puntafdekking bij de nek afgedraaid, waardoor de draadpunt vrijkomt voor gebruik.
4. Het assemblageproces omvat het bevestigen van de draad aan de vingergrepen met een kleefmiddel zoals thermische epoxy, tweecomponenten epoxy of ultraviolet kleefmiddel.
5. Er wordt dan een dop over het draadpunt geplaatst voor bescherming en steriliteit. Wanneer het lancet moet worden gebruikt, wordt de dop bij de nek afgedraaid, waardoor het draadpunt vrijkomt voor gebruik.

Bijproducten/afval

Kunststoffen en verschillende polymeren die voor de behuizingen worden gebruikt, kunnen worden gerecycled om te worden gesmolten en in mallen te worden gegoten. Chemicaliën die als reagentia op de teststrips worden gebruikt, worden als laboratoriumafval afgevoerd. Het merendeel van de onderdelen kan worden gerecycled, waardoor er weinig afval is.

De Toekomst

Het onderzoek naar implanteerbare sensoren vordert goed. Er zijn verschillende systemen ontwikkeld die binnenkort klinisch getest kunnen worden. Dit zijn zeer kleine naalden die onder de huid worden geïmplanteerd. Chemicaliën in de punt van de naald reageren met de glucose in het weefsel en genereren een elektrisch signaal. Het proces is vergelijkbaar met het proces dat in de meeste glucometers wordt gebruikt. Het elektrische signaal kan vervolgens worden doorgestuurd naar een ontvanger ter grootte van een polshorloge die het signaal kan interpreteren als een glucosewaarde die op het horloge kan worden afgelezen.

Een alternatief systeem dat wordt ontwikkeld, maakt gebruik van een kleine laserstraal om een ​​microscopisch gaatje in de huid te boren waardoor een kleine druppel weefselvloeistof wordt gezogen. Het apparaat kan dan de glucose in de vloeistof meten op een manier die vergelijkbaar is met het eerder beschreven apparaat. De ontwikkelaars van dit apparaat hopen in dezelfde ontvanger ter grootte van een polshorloge een mechanisme te combineren om insuline door de huid te injecteren met behulp van een proces dat omgekeerde iontoforese wordt genoemd. Dit proces maakt gebruik van een elektrische stroom om insuline door de huid te laten gaan zonder een naaldprik. Beide apparaten zijn nog enkele jaren verwijderd van algemeen gebruik.

Bloedloze meters die bloedglucose meten zonder in de vinger te prikken zijn een ultieme droom. Aan de Kansas State University werd een vergelijkbare technologie ontwikkeld voor de voedingsindustrie, waarbij een laserstraal het suikergehalte van fruit en ander voedsel meet zonder de schil van het voedsel te breken. Helaas is deze technologie moeilijker toe te passen bij mensen. De dikte van de huid varieert van persoon tot persoon, en de temperatuur varieert de nauwkeurigheid. Deze technologie, genaamd "The Dream Beam", is nog steeds mogelijk, maar het duurt nog een tijdje voordat het goedkoop genoeg of nauwkeurig genoeg is om in de toekomst praktisch bruikbaar te zijn.

Synthetic Blood International (SYBD) heeft een implanteerbare glucosebiosensor ontwikkeld om de bloedglucose te controleren, waardoor vingerprikken overbodig zijn. De glucosebiosensor gebruikt een enzym dat specifiek is voor glucose. Eenmaal geïmplanteerd in onderhuids weefsel, zorgt de biosensor, die ongeveer zo groot is als een pacemaker, voor een continue, nauwkeurige bewaking van de bloedglucose. De nieuwste technologie is nog enkele jaren verwijderd van het kunnen bieden van een gesloten-lussysteem waarbij insuline wordt toegediend op basis van de digitale metingen op de biosensor. Uiteindelijk zal de glucosebiosensor worden gekoppeld aan een geïmplanteerde insulinepomp, waardoor een mechanische pancreas met gesloten lus ontstaat.

Waar meer te leren

Overige

Webpagina van Abbott Laboratories. december 2001. .

webpagina van de American Diabetes Association. december 2001. .

Internationale webpagina over synthetisch bloed. december 2001. .

Webpagina van de Amerikaanse Food and Drug Administration. december 2001. .

Bonny P. McClain