Detección no invasiva de glucosa con luz en mediano infrarrojo

Unos bioingenieros de la Universidad de Princeton (Nueva Jersey, EUA) utilizaron una configuración de fibra óptica de núcleo hueco para el suministro de la luz y su recogida con un láser de cascada cuántica ampliamente sintonizable para obtener espectros de seres humanos y usar técnicas quimiométricas estándar. La detección in vivo de la glucosa usando el espectro infrarrojo medio (IR) fue realizada en tres individuos humanos sanos comenzando en ayunas, momento, en que los niveles de glucosa se encontraban típicamente alrededor de 80 mg/dL para obtener espectros para sus bajos niveles.

La luz de una cavidad externa pulsada, Quantum Cascade Laser (Daylight Solutions Inc.; San Diego, CA, EUA) con un rango de sintonía entre 8-10 micras, se centró en una fibra de núcleo hueco de 500 μm de diámetro (Opto-Knowledge Systems, Inc .; Torrance, CA, EUA) responsable por suministrar la luz en una región de la palma de la mano entre el pulgar y el dedo índice. La luz retrodispersada de la piel fue recolectada mediante un haz de seis fibras, idénticas en composición y tamaño a la fibra de distribución, dispuestas en forma circular alrededor de la fibra de distribución y acoplada directamente a un detector de teluro de cadmio mercurio, comercial, enfriado con nitrógeno líquido (MCT).


Los valores numéricos para los niveles de concentración de glucosa en sangre de los individuos fueron obtenidos usando un medidor comercial electroquímico (OneTouch; High Wycombe, Reino Unido) antes del estudio óptico. Se tomatón hasta diez espectros para cada concentración, durando la toma de una sola exploración espectral alrededor de 20 segundos; al término de dicho conjunto, el individuo obtuvo una vez más una lectura del medidor comercial para determinar la estabilidad de los niveles de glucosa en la sangre por todo el período de tiempo transcurrido.

Los espectros de infrarrojo medio obtenido en vivo a partir de la piel humana producen predicciones clínicamente exactas de los niveles de glucosa en sangre para concentraciones entre 75-160 mg/dL utilizando tanto la regresión parcial de mínimos cuadrados (PLSR) y técnicas de espectroscopía derivadas con conjuntos de calibración dados, que sólo produjeron errores promedio de 2% más que los de un medidor electroquímico comercial. Las características de absorción de la glucosa en la piel en el mediano IR cambian visiblemente con respecto al aumento de la concentración, a medida que aumentan los mínimos de absorción en profundidad y anchura. Los autores concluyeron que esta aplicación de la luz del IR mediano para detectar de manera, no invasiva la glucosa in vivo, produce un sistema robusto y clínicamente exacto que trasciende los límites establecidos en el pasado que limitaban el alcance de las aplicaciones del IR mediano, in vivo.

Claire Gmachl, PhD, una profesora de ingeniería eléctrica y autora principal del estudio, dijo: “Con este trabajo esperamos mejorar la vida de muchos enfermos de diabetes que dependen de un control frecuente de la glucosa en sangre. Debido a que el láser de cascada cuántica puede ser diseñado para emitir luz a través de una muy amplia gama de longitudes de onda, su facilidad de uso no es sólo para la detección de glucosa, pero posiblemente podría ser utilizado para otras aplicaciones de detección y de vigilancia médica”. Los científicos están trabajando en maneras de hacer que el dispositivo sea mucho más pequeño. El estudio fue publicado el 1 de julio de 2014, en la revista Biomedical Optics Express.

Enlaces relacionados:

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