Embed Size (px)
Citation preview
Ángel Álvarez Jaime Universidad Nacional Autónoma de México Biomateriales
1
Universidad Nacional Autónoma de México
Facultad de Ingeniería
Biomateriales
“Biosensor de glucosa para diabéticos”
Ángel Jesús Álvarez Jaime
Ángel Álvarez Jaime Universidad Nacional Autónoma de México Biomateriales
2
Contenido
Diabetes Mellitus……………………………………………………………………………………………………………. 3
Diabetes en México………………………………………………………………………………………………………… 4
Tratamiento……………………………………………………………………………………………………………………. 5
La insulina………………………………………………………………………………………………………………..…….. 6
La glucosa……………………………………………………………………………………………………………………….. 6
Glucosa en la sangre……………………………………………………………………………………………………….. 7
Biosensor…………………………………………………………………………………………………………………..……. 8
Biosensor de glucosa……………………………………………………………………………………….……………… 10
Monitorización continua de glucosa………………………………………………………………..……………… 12
Sensores bio-implantes……………………………………………………………………………………..…………… 13
Historia sensor de glucosa……………………………………………………………………………………………… 13
Silicona…………………………………………………………………………………………………………………………… 14
Propiedades de la silicona……………………………………………………………………………………………… 15
Deposición química de vapor…………………………………………………………………………….………….. 16
Pruebas in vitro……………………………………………………………………………………………………………… 17
Pruebas in vivo………………………………………………………………………………………………………………. 17
Bibliografía……………………………………………………………………………………………….…………………… 19
Ángel Álvarez Jaime Universidad Nacional Autónoma de México Biomateriales
3
Diabetes Mellitus
La diabetes mellitus (DM) es un conjunto de trastornos metabólicos, que afecta a diferentes órganos y
tejidos, dura toda la vida y se caracteriza por un aumento de los niveles de glucosa en la
sangre: hiperglucemia. La causan varios trastornos, siendo el principal la baja producción de
la hormona insulina, secretada por las células β de los Islotes de Langerhans del páncreas endocrino, o
por su inadecuado uso por parte del cuerpo, que repercutirá en el metabolismo de los hidratos de
carbono, lípidos y proteínas.
Los síntomas principales de la diabetes mellitus son emisión excesiva de orina (poliuria), aumento
anormal de la necesidad de comer (polifagia), incremento de la sed (polidipsia), y pérdida de peso sin
razón aparente. La Organización Mundial de la Salud reconoce tres formas de diabetes mellitus: tipo
1, tipo 2 y diabetes gestacional (ocurre durante el embarazo), cada una con diferentes causas y con
distinta incidencia.
Para el año 2000, se estimó que alrededor de 171 millones de personas eran diabéticas en el mundo y
que llegarán a 370 millones en 2030. Este padecimiento causa diversas complicaciones, dañando
frecuentemente a ojos, riñones, nervios y vasos sanguíneos. Sus complicaciones agudas (hipoglucemia,
cetoacidosis, coma hiperosmolar no cetósico) son consecuencia de un control inadecuado de la
enfermedad mientras sus complicaciones crónicas (cardiovasculares, nefropatías, retinopatías,
neuropatías y daños microvasculares) son consecuencia del progreso de la enfermedad. El Día Mundial
de la Diabetes se conmemora el 14 de noviembre.
8
Fig. 1 Diabetes mellitus por país en 2002: afectados por cada 100.000 habitantes
La palabra proviene del latín diabētes, y éste del griego διαβήτης, (diabétes, 'correr a través' con δια o
'dia-', 'a través', y βήτης o 'betes', 'correr', de διαβαίνειν (diabaínein, ‘atravesar’). Como término para
referirse a la enfermedad caracterizada por la eliminación de grandes cantidades de orina (poliuria),
empieza a usarse en el siglo I en el sentido etimológico de «paso», aludiendo al «paso de orina» de la
poliuria. Fue acuñado por el filósofo griego Areteo de Capadocia.
Ángel Álvarez Jaime Universidad Nacional Autónoma de México Biomateriales
4
La palabra Mellitus (griego mel, "miel") se agregó en 1675 por Thomas Willis cuando notó que la orina
de un paciente diabético tenía sabor dulce.
Diabetes en México
En México la población aproximada de personas con diabetes asciende entre 6.5 y 10 millones de
personas según datos de la Federación Mexicana de Diabetes (FMD), desafortunadamente se calcula
que de este universo de personas casi dos millones aún no saben que padecen esta enfermedad. Se
calcula que el 7% de la población general en México la padece, está presente en 21% de habitantes
entre 65 a 74 años. Además, en 13% de la población general se presentan estados de intolerancia a la
glucosa y “prediabetes”. El 80% de las amputaciones mayores de miembros inferiores se realiza en
pacientes con diabetes. Es directa o indirectamente la tercera causa de muerte.
Datos importantes:
La población en México de personas con diabetes fluctúa entre los 6.5 y los 10 millones
(prevalencia nacional de 10.7% en personas entre 20 y 69 años). De este gran total, 2 millones
de personas no han sido diagnosticadas.
En la frontera entre México y Estados Unidos, la prevalencia de diabetes es de 15%.
Dos de cada tres mexicanos tienen sobrepeso u obesidad (prevalencia nacional de obesidad:
24.4%).
90% de las personas que padecen diabetes presentan el tipo 2 de la enfermedad
13 de cada 100 muertes en México son provocadas por la diabetes.
El grupo de edad con más muertes por diabetes se ubica entre los 40 y los 55 años.
En personas de 40-59 años, 1 de cada 4 muertes se debe a complicaciones de la diabetes.
Actualmente 1 de cada tres muertes en México reporta diabetes como causa secundaria.
La diabetes es una de las pocas enfermedades que afectan más a mujeres que a hombres. En
promedio los hombres con diabetes mueren a una edad más temprana que las mujeres (67
versus 70 años respectivamente)
México ocupa el 2do lugar en obesidad a nivel mundial y como consecuencia también ha aumentado
considerablemente el número de pacientes con Diabetes.
Se estima que en los próximos años:
México podría ocupar el 7° lugar de países con diabetes.
Ángel Álvarez Jaime Universidad Nacional Autónoma de México Biomateriales
5
Casi 12 millones de mexicanos.
Intolerancia a la glucosa podría afectar a 4 millones de mexicanos
Obesidad en 65% de la población.
Diabetes tipo 2 en niños.
Más de 30% con sobrepeso y 16% con obesidad.
1 de cada 3 podría tener diabetes
Tratamiento
Bomba de infusión de insulina. Estos dispositivos sustituyen en algunos casos a las clásicas jeringas,
consiguiendo liberaciones de insulina más fisiológicas y adecuadas a la ingesta.
Tanto en la diabetes tipo 1 como en la tipo 2, como en la gestacional, el objetivo del tratamiento es
restaurar los niveles glucémicos normales, entre 70 y 105 mg/dl. En la diabetes tipo 1 y en la diabetes
gestacional se aplica un tratamiento sustitutivo de insulina o análogos de la insulina. En la diabetes tipo
2 puede aplicarse un tratamiento sustitutivo de insulina o análogos, o bien, un tratamiento
con antidiabéticos orales.
Para determinar si el tratamiento está dando resultados adecuados se realiza una prueba llamada
hemoglobina glucosilada (HbA1c ó A1c). Una persona No-diabética tiene una HbA1c < 6 %. El
tratamiento debería acercar los resultados de la A1c lo máximo posible a estos valores.
Un amplio estudio denominado DDCT demostró que buenos resultados en la A1c durante años reducen
o incluso eliminan la aparición de complicaciones tradicionalmente asociadas a la diabetes: insuficiencia
renal crónica, retinopatía diabética, neuropatía periférica, etc.
Científicos del King College de Londres han puesto en marcha un proyecto para desarrollar una nueva
terapia para la diabetes tipo 1. Se espera que el tratamiento controle las respuestas autoinmunes
subyacentes que dirige a la inflamación y evitando que se desarrolle la diabetes. El proyecto es la
culminación de los esfuerzos de descubrimiento de fármacos en el Departamento de Inmunobiología. El
equipo desarrollará un medicamento llamado MultiPepT1De, a partir de un “cóctel” de los péptidos, una
estrategia conocida en la inmunoterapia de péptidos. La respuesta autoinmune en la diabetes tipo 1 se
dirige péptidos específicos en las células β de los que producen la insulina, que conduce a la inflamación,
la pérdida de células beta y la deficiencia de la insulina completa. Con la introducción de fragmentos
seleccionados de las proteínas clave de las células ß de una forma que apagan la inflamación, se espera
que esta voluntad de “re-set ‘del sistema inmune.
Ángel Álvarez Jaime Universidad Nacional Autónoma de México Biomateriales
6
La insulina
La insulina (del latín insula, "isla") es una hormona polipeptídica formada
por 51 aminoácidos, producida y secretada por las células beta de
los islotes de Langerhans del páncreas.
La insulina interviene en el aprovechamiento metabólico de los nutrientes,
sobre todo con el anabolismo de los carbohidratos. Su déficit provoca
la diabetes mellitus y su exceso provoca hiperinsulinismo
con hipoglucemia.
Fig. 2 Hormona insulina
La síntesis de la insulina pasa por una serie de etapas. Primero la preproinsulina es creada por
un ribosoma en el retículo endoplasmático rugoso (RER), que pasa a ser (cuando pierde su secuencia
señal) proinsulina. Esta es importada al aparato de Golgi, donde se modifica, eliminando una parte y
uniendo los dos fragmentos restantes mediante puentes disulfuro.
Gran número de estudios demuestran que la insulina es una alternativa segura, efectiva, bien tolerada y
aceptada para el tratamiento a largo plazo de la diabetes tipo 1 y la diabetes tipo 2, incluso desde el
primer día del diagnóstico.
Frederick Grant Banting, Charles Best, James Collip, y J.J.R. Macleod de la Universidad de
Toronto, Canadá, descubrieron la insulina en 1922. El Doctor Banting recibió el Premio Nobel de
Fisiología o Medicina por descubrir esta hormona aunque se demostro que el verdadero descubridor
fue Nicolae Paulescu en 1921.
La glucosa
La glucosa es un monosacárido con fórmula molecular C6H12O6, la
misma que la fructosa pero con diferente posición relativa de los
grupos -OH y O=. Es una hexosa, es decir, que contiene 6 átomos de
carbono, y es una aldosa, esto es, el grupo carbonilo está en el
extremo de la molécula. Es una forma de azúcar que se encuentra libre
en las frutas y en la miel. Su rendimiento energético es de 3,75
kilocalorías por cada gramo en condiciones estándar. Fig. 3 Formula desarrollada glucosa
La aldohexosa glucosa posee dos enantiómeros, si bien la D-glucosa es predominante en la naturaleza.
En terminología de laindustria alimentaria suele denominarse dextrosa (término procedente de
«glucosa dextrorrotatoria») a este compuesto. También se le puede encontrar en semillas (contando los
cereales) y tubérculos.
Ángel Álvarez Jaime Universidad Nacional Autónoma de México Biomateriales
7
El término «glucosa» procede del idioma griego γλεῦκος (gleûkos; "mosto", "vino dulce"), y el sufijo «-
osa» indica que se trata de un azúcar. La palabra fue acuñada en francés como "glucose" (con
anomalía fonética) por Dumas en 1838; debería ser fonéticamente "gleucosa" (o "glicosa" si partimos de
glykos, otro lexema de la misma raíz).
La glucemia o glicemia (término inexistente
en castellano según la Real Academia
Española) es la medida de concentración
de glucosa libre en sangre, suero o plasma
sanguíneo. En ayunas, los niveles normales
de glucosa oscilan entre los 70 mg/dl y los
100 mg/dL. Cuando la glucemia es inferior a
este umbral se habla de "hipoglucemia";
cuando se encuentra entre los 100 y 125
mg/dL se habla de "glucosa alterada en
ayuno", y cuando supera los 126 mg/dL se
alcanza la condición de "hiperglucemia".
Constituye una de las más importantes
variables que se regulan en el medio
interno (homeostasis). El término fue pro- Fig. 4 Comportamiento de la glucosa e insulina .
puesto inicialmente por el fisiólogo francés .
Claude Bernard.
Muchas hormonas están relacionadas con el metabolismo de la glucosa, entre ellas la insulina y
el glucagón (ambos secretados por el páncreas), la adrenalina (de origensuprarrenal),
los glucocorticoides y las hormonas esteroides (secretadas por las gónadas y las glándulas suprarrenales).
La hiperglucemia es el indicador más habitual de la diabetes, que se produce como resultado de una
deficiencia de insulina.
Glucosa en la sangre
La concentración de azúcar en la sangre o el nivel de glucosa en la sangre es la cantidad de
glucosa (azúcar) presente en la sangre de un humano o animal. Normalmente, en los mamíferos, el
organismo mantiene el nivel de glucosa en la sangre en un rango de referencia entre unos 3,6 y 5,8 mm
(mmol / L, es decir, milimoles / litro), o 64,8 y 104,4 mg / dl. El cuerpo humano de forma natural bien
regula los niveles de glucosa en la sangre como parte del metabolismo homeostasis .
La glucosa es la principal fuente de energía para las células del cuerpo y la sangre de lípidos (en forma de
grasas y aceites ) son ante todo un almacén de energía compacto. La glucosa es transportada desde los
intestinos o el hígado a las células del cuerpo a través del torrente sanguíneo, y se hace disponible para
Ángel Álvarez Jaime Universidad Nacional Autónoma de México Biomateriales
8
la absorción celular a través de la hormona insulina, producida por el cuerpo principalmente en el
páncreas.
La media del nivel normal de glucosa en sangre en los seres humanos es de aproximadamente 4 mm (4
mmol / L o 72 mg / dl, es decir, miligramos / decilitro), sin embargo, este nivel fluctúa a lo largo del
día. Los niveles de glucosa son los más bajos por lo general en la mañana, antes de la primera comida
del día (llamado "el nivel de ayuno"), y el aumento después de las comidas para una o dos horas por un
milimolar pocos. Normales de glucosa en humanos los resultados del análisis de sangre debe ser de 70 -
130 (mg / dl) antes de las comidas, y menos de 180 mg / dL después de las comidas.
Los niveles de azúcar en la sangre fuera del rango normal puede ser un indicador de una condición
médica. Un nivel elevado y persistente que se conoce como hiperglucemia; bajos niveles se conocen
como hipoglucemia. La diabetes mellitus se caracteriza por la hiperglucemia persistente de cualquiera
de varias causas, y es la enfermedad más prominente relacionada con la insuficiencia de la regulación de
azúcar en sangre. Un nivel de azúcar en la sangre elevados temporalmente también puede resultar de
gran estrés, como traumatismo , accidente cerebrovascular, infarto de miocardio, cirugía o enfermedad.
La ingesta de alcohol provoca un aumento inicial en el azúcar en la sangre, y más tarde tiende a causar
que los niveles de caer. Además, algunos fármacos pueden aumentar o disminuir los niveles de glucosa.
Biosensor
Un biosensor es un dispositivo analítico para la detección de un analito que combina un componente
biológico con un componente detector de fisicoquímica.
Se compone de 3 partes ahora:
el elemento sensible biológica (material biológico (por ejemplo, tejidos, microorganismos,
orgánulos, los receptores celulares, enzimas, los anticuerpos, los ácidos nucleicos, etc), un
material biológicamente derivado o componente biomimic que interactúa (une o reconoce) el
analito en estudio. El biológicamente elementos sensibles también pueden ser creados
por ingeniería biológica.
el transductor o el elemento detector (trabaja de una manera fisicoquímica; óptica,
electroquímica piezoeléctrico, etc) que transforma la señal resultante de la interacción del
analito con el elemento biológico en otra señal (es decir, transductores) que pueden ser más
fácilmente medir y cuantificar;
dispositivo lector de biosensor con la electrónica asociada o procesadores de señal que son los
principales responsables de la presentación de los resultados de una manera fácil de usar. [1] A
veces, esto representa la parte más cara del dispositivo sensor, sin embargo, es posible generar
un fácil de usar que incluye pantalla y el elemento sensible del transductor
Ángel Álvarez Jaime Universidad Nacional Autónoma de México Biomateriales
9
Los lectores son generalmente por encargo, diseñado y fabricado para adaptarse a los diferentes
principios de trabajo de los biosensores. Fabricantes conocidos de los lectores electrónicos
incluyen biosensores, sistemas de PalmSens Gwent biotecnología y laboratorios rápidos.
Un ejemplo común de un biosensor comercial es la glucosa en la sangre biosensor, que utiliza la
enzima glucosa oxidasa para romper la glucosa en sangre baja. Al hacerlo, primero se oxida la glucosa y
utiliza dos electrones para reducir el FAD (un componente de la enzima) a FADH2. Esto a su vez se oxida
por el electrodo (aceptar dos electrones desde el electrodo) en un número de pasos. La corriente
resultante es una medida de la concentración de glucosa. En este caso, el electrodo es el transductor y la
enzima es el componente biológicamente activo.
Recientemente, las matrices de muchas moléculas diferentes detectores se han aplicado en los
llamados nariz electrónica dispositivos, donde se utiliza el patrón de respuesta de los detectores de
huella digital de una sustancia. En el perro Avispa detector de olores, el elemento mecánico es una
cámara de vídeo y el elemento biológico es de cinco avispas parásitas que han sido condicionados para
pululan en respuesta a la presencia de una sustancia química específica. Las actuales narices
electrónicas comerciales, sin embargo, sí No utilice elementos biológicos.
Un canario en una jaula, usado por los mineros como un sensor para
advertir de gas, se podría considerar un biosensor, el rpomero de
ellos. Muchas de las aplicaciones de biosensores actuales son similares,
en que utilizan organismos que responden a sustancias o tóxicos en
una concentración mucho más bajos a la que los seres humanos
pueden detectar para advertir de la presencia de la toxina. Tales
dispositivos pueden ser utilizados en el control ambiental de detección,
el gas de traza y en las instalaciones de tratamiento de agua. Fig. 5 Canario utilizado en minas
Hay muchas aplicaciones potenciales de los biosensores de varios tipos. Los requisitos principales para
un enfoque valioso en términos de investigación y las a0plicaciones comerciales son la identificación de
una molécula, la disponibilidad de reconocimiento un elemento de biológico adecuado, y el potencial
de los sistemas de detección portátiles desechabledes que se prefirió sensibles basados en técnicas de
laboratorio en algunas situaciones. Algunos ejemplos son los siguientes:
Monitorización de la glucosa en pacientes diabéticos.
Otras metas de salud relacionados con la medicina.
Aplicaciones medioambientales, por ejemplo, la detección de pesticidas y contaminantes de los
ríos de agua, tales como iones de metales pesados.
La observación de la suspensión en el aire las bacterias, por ejemplo, en la lucha contra las
actividades terroristas.
Ángel Álvarez Jaime Universidad Nacional Autónoma de México Biomateriales
10
La detección de los patógenos.
La determinación de los niveles de sustancias tóxicas antes y después de biorremediación.
La detección y la determinación de los organofosforados.
Medición de rutina analítica de ácido fólico, biotina, vitamina B12 y ácido pantoténico como una
alternativa a ensayo microbiológico
Determinación de residuos de medicamentos en los alimentos, tales
como antibióticos y promotores del crecimiento , en particular de carne y miel.
El descubrimiento de medicamentos y la evaluación de la actividad biológica de nuevos
compuestos.
Ingeniería de proteínas en biosensores.
Biosensor de Glucosa
La monitorización de glucosa en sangre es una manera de probar la concentración de glucosa en la
sangre. De particular importancia en el cuidado de la diabetes mellitus, una prueba de glucosa en la
sangre se lleva a cabo la perforación de la piel (por lo general, en el dedo) para extraer la sangre,
entonces la aplicación de la sangre a un desechable químicamente activo "tira de prueba '.Los distintos
fabricantes utilizan tecnología diferente, pero la mayoría de los sistemas de medir una característica
eléctrica, y utilizar esto para determinar el nivel de glucosa en la sangre. El examen generalmente se
hace referencia a la glucosa en la sangre capilar y, a veces incorrectamente llamada BM Stix (después de
una de las empresas que hacen que el equipo de prueba).
Los profesionales sanitarios aconsejan a los pacientes con
diabetes en el régimen de vigilancia adecuado para su
condición. La mayoría de las personas con diabetes tipo 2 la
prueba al menos una vez al día. Los diabéticos que usan
insulina (todos diabetes Tipo 1 y Tipo 2 s muchos) suelen poner
a prueba su azúcar en la sangre con más frecuencia (3 a 10
veces por día), tanto para evaluar la eficacia de su dosis de
insulina antes y ayudar a determinar su dosis de insulina al
lado. Fig. 6 Biosensores de glucosa
La tecnología mejorada para la medición de glucosa en la sangre está cambiando rápidamente las
normas de atención para todas las personas diabéticas.
Ángel Álvarez Jaime Universidad Nacional Autónoma de México Biomateriales
11
Un medidor de glucosa en la sangre es un dispositivo electrónico para medir el nivel de glucosa en
sangre. Una caída relativamente pequeña de sangre se coloca en una tira de prueba desechable que
interactúa con un medidor digital. Dentro de unos segundos, el nivel de glucosa en la sangre se mostrará
en la pantalla digital.
Necesitando sólo una pequeña gota de sangre para el medidor significa que el tiempo y el esfuerzo
requerido para la prueba se reduce y el cumplimiento de los diabéticos a sus regímenes de pruebas se
mejora. Aunque el coste de usar medidores de glucosa parece alto, se cree que es un beneficio coste
relativo a los costes evitados médicos de las complicaciones de la diabetes.
Los recientes avances incluyen:
'Pruebas en sitios alternos ", el uso de gotas de sangre de otros lugares que el dedo, por lo
general la palma de la mano o el antebrazo. Este pruebas en sitios alternos utiliza las tiras
reactivas y el medidor mismo, es prácticamente libre de dolor, y le da las propiedades
inmobiliarias en las puntas de los dedos un descanso necesario si se convierten en dolor. La
desventaja de esta técnica es que no hay flujo de sangre por lo general menos de sitios
alternativos, lo que impide la lectura de ser preciso cuando el nivel de azúcar en la sangre está
cambiando.
Los sistemas de codificación no ". Los sistemas más antiguos requieren "codificación" de las tiras
para el medidor. Esto lleva a un riesgo de "error de codificación", que puede conducir a
resultados erróneos. Dos enfoques han resultado en sistemas que ya no requieren
codificación. Algunos sistemas están 'autocoded', donde la tecnología se utiliza para codificar
cada tira en el medidor. Y algunos están fabricados con un "código único", evitando así el riesgo
de error de codificación.
"Multi-test 'los sistemas. Algunos sistemas utilizan un cartucho o un disco que contiene
múltiples tiras de prueba. Esto tiene la ventaja de que el usuario no tiene que cargar las tiras
individuales de cada momento, que es conveniente y puede permitir realizar pruebas más
rápidas.
'Descargable' metros. La mayoría de los sistemas más nuevos vienen con un software que
permite al usuario descargar los resultados del medidor a una computadora. Esta información
puede ser utilizada, junto con el cuidado de la orientación profesional de la salud, para
aumentar y mejorar la gestión de la diabetes. Los medidores por lo general requieren un cable
de conexión, a menos que estén diseñados para funcionar de forma inalámbrica con una bomba
de insulina, o están diseñados para conectarse directamente a la computadora.
Ángel Álvarez Jaime Universidad Nacional Autónoma de México Biomateriales
12
Monitorización continua de glucosa
Un monitoreo continuo de glucosa (CGM) determina los niveles de glucosa de forma continua (cada
pocos minutos). Un sistema típico consta de:
un sensor de glucosa disponible coloca justo debajo de la piel, que se lleva durante unos días
hasta que el reemplazo
un enlace desde el sensor a un transmisor no implantado que se comunica a un receptor de
radio
un receptor electrónico se usa como un localizador (o bomba de insulina) que muestra los
niveles de glucosa, con actualizaciones casi continuas, así como monitores de ascenso y
descenso de las tendencias.
Continua de la glucosa controla medir el nivel de glucosa en el líquido intersticial. Las deficiencias de los
sistemas CGM debido a este hecho son:
sistemas continuos debe calibrarse con una medición de glucosa en sangre tradicionales
(utilizando la tecnología actual) y por lo tanto requieren que tanto el sistema CGM y ocasional
"dedo"
los niveles de glucosa en el líquido intersticial se quedan temporalmente detrás de los valores
de glucosa en sangre
Los pacientes por lo tanto requieren tradicionales
mediciones por punción capilar para la calibración (por lo
general dos veces al día) y con frecuencia se aconseja el uso
de mediciones por punción capilar para confirmar la hipo o
hiperglucemia antes de tomar una acción correctiva.
El tiempo de retraso se discutió anteriormente se ha
informado de que alrededor de 5 minutos. Como anécdota,
algunos usuarios de los diferentes sistemas reportar tiempos
de retardo de hasta 10-15 minutos. Este tiempo de retraso
es insignificante cuando los niveles de azúcar en la sangre Fig. 7 Biosensor CGM .
son relativamente consistentes. Sin embargo, los niveles de azúcar en la sangre, cuando se cambia
rápidamente, puede leer en el rango normal en un sistema CGM, mientras que, en realidad, el paciente
ya está experimentando los síntomas de un valor de la sangre fuera del rango de la glucosa y pueden
requerir tratamiento. Los pacientes que utilizan CGM tanto, se aconseja tener en cuenta tanto el valor
absoluto del nivel de glucosa en la sangre dada por el sistema, así como una tendencia en los niveles de
glucosa en sangre. Por ejemplo, un paciente con CGM con una glucosa en la sangre de 100 mg / dl en el
sistema CGM puede tomar ninguna acción si su glucosa en la sangre ha sido consistente durante varias
Ángel Álvarez Jaime Universidad Nacional Autónoma de México Biomateriales
13
lecturas, mientras que un paciente con el nivel de glucosa en la sangre misma, pero cuya glucosa en la
sangre ha sido un acusado descenso en un corto período de tiempo se le podría aconsejar realizar una
prueba de punción en el dedo para controlar la hipoglucemia.
La monitorización continua permite el examen de cómo el nivel de glucosa en sangre reacciona a la
insulina, el ejercicio, la alimentación, y otros factores. Los datos adicionales pueden ser útiles para el
ajuste correcto de insulina proporciones de dosificación para la ingesta de alimentos y la corrección de
la hiperglucemia. Seguimiento durante los períodos en los niveles de glucosa en la sangre no suelen ser
controladas (por ejemplo durante la noche) puede ayudar a identificar problemas en la dosificación de la
insulina (por ejemplo, los niveles basales de los usuarios de bombas de insulina de acción prolongada o
los niveles de insulina para los pacientes que toman inyecciones). Los monitores también pueden estar
equipados con alarmas para alertar a los pacientes de hiperglucemia o hipoglucemia, para que un
paciente puede tomar una acción correctiva (s) (punción en el dedo después de la prueba, si es
necesario), incluso en los casos en que no se sienten síntomas de cualquier enfermedad. Mientras que la
tecnología tiene sus limitaciones, los estudios han demostrado que los pacientes con sensores continuos
experimentan menos hiperglucemia y también reducir sus niveles de hemoglobina glucosilada.
Sensores bio-implantes
Soluciones a largo plazo a la supervisión permanente, aún no están
disponibles, pero en fase de desarrollo, utilizar un larga duración de
bio-implante. Estos sistemas prometen aliviar la carga de control de la
glucemia para sus usuarios, pero a la compensación de un implante
quirúrgico menor del sensor que tiene una duración de un año a más
de cinco años, dependiendo del producto seleccionado. EL diagrama
de uno de estos biosensores se muestra a continuación.
Fig. 8 Sensor bioimplante
Historia del sensor de glucosa
En 1962, Leland Clark y Lyons Ann en el Hospital Infantil de Cincinnati
desarrollaron el electrodo de medición de glucosa en de primera
generación. Se basaba detectar la glucosa oxidasa.
Otro medidor de glucosa inicial fue el medidor de reflectancia de Ames
por Anton H. Clemens. Fue utilizado en hospitales de Estados Unidos en la
década de 1970. Una aguja en movimiento indica la glucosa en sangre
después de un minuto.
Monitoreo en el hogar de glucosa se ha demostrado para mejorar el
control glucémico de la diabetes tipo 1 en la década de 1970, y los
primeros metros se comercialicen para uso en casa alrededor de
1981. Los dos modelos inicialmente dominantes en América del Norte en Fig. 9 Electrodo para medir GOx
Ángel Álvarez Jaime Universidad Nacional Autónoma de México Biomateriales
14
la década de 1980 fueron el glucómetro, presentó en noviembre 11 1981, cuya marca comercial es
propiedad de Bayer y el medidor Accu-Chek (Roche). En consecuencia, estas marcas se han convertido
en sinónimo del producto genérico a muchos profesionales de la salud.
Fig. 10 Desarrollo histórico de los sensores de glucosa
Silicona
La silicona (también llamado silicón) es un polímero inodoro e incoloro hecho principalmente de silicio.
La silicona es inerte y estable a altas temperaturas, lo que la hace útil en gran variedad de aplicaciones
industriales, como lubricantes, adhesivos, moldes, impermeabilizantes, y en aplicaciones médicas y
quirúrgicas, como prótesis valvulares cardíacas e implantes de mamas. Se deriva de la roca de cuarzo y
al ser calentado en presencia de carbono produce silicona elemental. Dependiendo de posteriores
procesos químicos, la silicona puede tomar una variedad de formas físicas que
incluyen aceite, gel y sólido.
Por su versatilidad ha sido usado con éxito en múltiples productos de consumo diario. Tal es el caso de
lacas para el cabello, labiales, protectores solares y cremas humectantes.
Dada su baja reactividad ha sido ampliamente usada en la industria farmacéutica en confección
de cápsulas para facilitar la ingestión de algunos medicamentos, en antiácidos bajo la designación
de meticona. Hay más de 1000 productos médicos en los cuales la silicona es un componente.
También es una sustancia comúnmente usada como
lubricante en la superficie interna de
las jeringas y botellas para la conservación de derivados de
la sangre y medicamentos intravenosos. Los marcapasos, las
válvulas cardíacas y el Norplant usan recubrimientos de
silicona. Son también fabricados con silicona artefactos
implantables como las articulaciones artificiales
(rodillas, caderas), catéteres para quimioterapia o para la
hidrocefalia, sistemas de drenaje, implantes. Fig. 11 Cadena silicona
Ángel Álvarez Jaime Universidad Nacional Autónoma de México Biomateriales
15
Otra aplicación es la silicona para moldes como alternativa al látex en la fabricación de moldes por sus
propiedades flexibles y antiadherentes.
Propiedades de la silicona
Dada su composición química de Silicio-Oxigeno, la silicona es flexible y suave al tacto, no mancha ni se
desgasta, no envejece, no exuda nunca, evitando su deterioro, ensuciamiento y/o corrosión sobre los
materiales que estén en contacto con la misma, tiene gran resistencia a todo tipo de uso, no es
contaminante y se pueden elegir diferentes y novedosos colores.
Propiedades mecanicas
La silicona posee una resistencia a la tracción de 70 Kg/cm2 con una elongación promedio de 400%. A
diferencia de otros materiales, la silicona mantiene estos valores aun después de largas exposiciones a
temperaturas extremas.
Propiedades Electricas
La silicona posee flexibilidad, elasticidad y es aislante, manteniendo sus propiedades dielectricas aun
ante la exposición a temperaturas extremas donde otros materiales no soportarían.
Biocompatibilidad
La biocompatibilidad de la silicona esta formulada por completo con la FDA Biocompatiblity Guidelines
para productos medicinales. Esta es inolora, insípida y no hace de soporte para el desarrollo de bacterias,
no es corrosivo con otros materiales. La silicona curada con platino consistente únicamente en un
copolímero de dimetil y metilvinil siloxano reforzado con silicio térmicamente curado por platino,
translúcido y altamente flexible bajo cualquier condición, lo que hace que califique dentro de la USP
Clase VI referida a una batería de tesis biológicos definidos en USP XXIV-sección 88, usado por la FDA
para aprobar artículos médicos.
Resistencia Química
La silicona resiste algunos químicos, incluyendo algunos ácidos, oxidantes químicos, amoniaco y alcohol
izo propílico. La silicona se hincha cuando se expone a solventes no polares como el benceno y el
tolueno, retornando a su forma original cuando el solvente se evapora. Acidos concentrados, alcalinos y
otros solventes no deben ser usados con silicona.
Ángel Álvarez Jaime Universidad Nacional Autónoma de México Biomateriales
16
Deposicion química de vapor
Para cubrir el dispositivo con a silicona se utiliza la deposición química de vapor (CVD), que es
un proceso químico utilizado para producir productos de alta pureza y de alto rendimiento de materiales
sólidos. El proceso se utiliza a menudo en la industria de semiconductores para producir películas
delgadas. En un típico proceso de CVD, la oblea (sustrato) se expone a una o más volátiles precursores ,
que reaccionan y se descomponen en la superficie del sustrato para producir el depósito deseado. Con
frecuencia volátil, también se producen subproductos, que son eliminados por el flujo de gas a través de
la cámara de reacción.
Es ampliamente utilizado para depositar materiales en diversas formas, incluyendo: monocristalino,
policristalino, amorfo, y epitaxial. Estos materiales incluyen: silicio, fibra de carbono, nanofibras de
carbono, filamentos, nanotubos de carbono, SiO 2 , silicio-germanio , tungsteno , carburo de
silicio, nitruro de silicio, oxinitruro de silicio, nitruro de titanio, y diversos dieléctricos de alta k. El
proceso de CVD se utiliza también para producir diamantes sintéticos.
La deposición química de vapor (CVD) es un proceso mediante el cual se deposita un material sólido a
partir de un vapor por una reacción química que ocurre en o en la proximidad de una superficie del
sustrato normalmente se calienta. El material sólido se obtiene como un revestimiento, un polvo, o en
forma de cristales individuales. Al variar la experimental condiciones-sustrato material, la temperatura
del sustrato, la composición de la mezcla de gas de reacción, el total de los flujos de gas a presión, etc
materiales con propiedades diferentes de que se puede cultivar. Un rasgo característico de la técnica de
CVD es su excelente poder tirar, permitiendo la producción de revestimientos de espesor uniforme y
propiedades con una baja porosidad, incluso sobre sustratos de forma complicada.
Silicio policristalino se deposita a partir de silano (SiH 4) usando la siguiente reacción:
SiH 4 → Si + 2 H 2
Esta reacción se realiza generalmente en sistemas de LPCVD, ya sea con materia prima pura silano, o
una solución de silano con 70-80% de nitrógeno. Las temperaturas entre 600 y 650 ° C y presiones entre
25 y 150 Pa producir una tasa de crecimiento entre 10 y 20 nm por minuto. Un proceso alternativo
utiliza un hidrógeno basado en soluciones. El hidrógeno reduce la tasa de crecimiento, pero la
temperatura se eleva a 850 o incluso 1050 ° C a compensar.
Polisilicio puede ser cultivado directamente con el dopaje, si los gases tales
como fosfina, arsina o diborano se añaden a la cámara de CVD.
Ángel Álvarez Jaime Universidad Nacional Autónoma de México Biomateriales
17
Pruebas in vitro
Biocompatibility of a silicone-coated polypropylene hollow fiber oxygenator in an in vitro model
Hiroshi Watanabe, MDa, Jun-ichi Hayashi, MDa, Hajime Ohzeki, MDa, Hisanaga Moro, MDa, Masaaki
Sugawara, MDa,Shoji Eguchi, MD. Department of Thoracic and Cardiovascular Surgery, Niigata
University School of Medicine, Niigata, Japan, Accepted for publication November 12, 1998
Antecedentes. Un revestido de silicona microporosa de fibra hueca tipo membrana fue desarrolladada
para evitar fugas de plasma durante el uso prolongado de un oxigenador. El objetivo de este estudio fue
evaluar la biocompatibilidad de la membrana.
Métodos. Un oxigenador revestido de silicona se comparó con un oxigenador sin revestir en un modelo
in vitro de la circulación extracorpórea, simulando la circulación se mantuvo durante 6 horas a 37 ° C.
Resultados. El recuento de plaquetas disminuye significativamente (p <0,05) y los recuentos de
leucocitos tiende a disminuir, sin embargo, las diferencias entre los grupos no fueron significativas. Las
concentraciones de C3a aumentó significativamente en ambos grupos (p <0,05), pero los niveles fueron
significativamente menores en el oxigenador de silicona recubiertos (p = 0,008). En contraste, las
concentraciones de C4a, ß-tromboglobulina, y elastasa de granulocitos se incrementó significativamente
(p <0,05), pero las diferencias entre grupos no fueron significativas.
Conclusiones. El recubrimiento de una membrana microporosa de silicona cuerpo
extraño puede mejorar la biocompatibilidad mediante la reducción de la activación de C3a.
Pruebas in vivo
Feasibility of Microelectrode Array (MEA) Based on Silicone-Polyimide Hybrid for Retina Prosthesis
Eui Tae Kim, Cinoo Kim , Seung Woo Lee, Jong-Mo Seo, Hum Chung, y Sung June Kim. Nano
Bioelectronics and Systems Research Center (NBS-ERC) at Seoul National University.
Antecedentes. Para adoptar la tecnología de fabricación en arreglos de microelectrodos de silicona a
base de elastómero para la estimulación de retina, una silicona-poliimida matriz de
microelectrodos híbrido fue propuesto y probado in vivo.
Métodos. Se crearon microelectrodos de oro y se hibridó con elastómero de silicona mediante
revestimiento por rotación. La estabilidad del híbrido entre los dos materiales era flexible. La
viabilidad del electrodo híbrido se evaluó en el ojo del conejo mediante la revisión de tomografía de
Ángel Álvarez Jaime Universidad Nacional Autónoma de México Biomateriales
18
coherencia óptica (OCT) las conclusiones después de la implantación supracoroidea.
Resultados. La prueba de flexión no mostró dehiscencia entre los dos materiales por 24 horas de
flexión y extensión alternativa de -45,0 ° a 45,0 °. Durante la prueba de ampollas, exfoliación se observó
a 8.33 ± 1.36 psi de esfuerzo de presión, sin embargo, esta propiedad se ha mejorado a
11.50 ±1.04 psi por el tratamiento con plasma de oxígeno antes de la hibridación. Examen
de octubre reveló que los electrodos implantados se encuentra de forma segura en el espacio durante
el supracoroidea de 4 semanas de seguimiento.
Conclusiones. La silicona-poliimida matriz microelectrodo híbrido mostró moderadas propiedades
físicas, que son adecuados para su aplicación in vivo. Un pretratamiento adecuado antes de implantarlo
mejorará la estabilidad del electrodo hibrido. En ensayos in vivo indican que este electrodo es adecuado
como un electrodo biocompatible de estimulación en la retina artificial.
In Vivo Biostability of CVD Silicon Oxide and Silicon Nitride Films
John M. Maloney, Sara A. Lipka, and Samuel P. Baldwin. MicroCHIPS, Inc
RESUMEN
Deposicion química de baja presión de vapor (LPCVD)se utilizo para depositar una membrana de óxido
de silicio y nitruro de silicio. Se implantaron subcutáneamente en un modelo de rata para estudiar
el comportamiento in vivo de las películas. Los chips de silicio recubiertos con las películas de interés
se implantaron durante un máximo de un año, y el espesor de la película fue evaluada
por espectrofotometría. Se estimaron tasas de disolución de 0,33 nm / día para el silicio LPCVD,
PECVD óxido de silicio velocidad de disolución se observó en un óxido de silicio / nitruro de silicio / silicio
óxido de pila que se seccionó por ataque centrado haz de iones. Estos resultados proporcionan una
contundente prueba de su bioestabilidad y es posible tomarlo como referencia para el diseño
de dispositivos implantables que contengan esta membrana.
Ángel Álvarez Jaime Universidad Nacional Autónoma de México Biomateriales
19
Bibliografía
http://dipcia.unica.it/superf/researchsensors_0.html
http://www.accu-chek.com.mx/mx/vida/diabetesenmexico.html
http://es.wikipedia.org/wiki/Glucosa
http://es.wikipedia.org/wiki/Glucemia
http://en.wikipedia.org/wiki/Blood_sugar
http://www.sciencedirect.com/science/article/pii/0956566395968945
http://www.youtube.com/watch?v=4_tLZr4F_6M
http://en.wikipedia.org/wiki/Biosensor
http://en.wikipedia.org/wiki/Silicone
http://www.dowcorning.com/content/publishedlit/52-1069-01.pdf
http://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S014296120900787X
http://www.accessdata.fda.gov/scripts/cdrh/cfdocs/cfcfr/CFRSearch.cfm?CFRPart=878
http://en.wikipedia.org/wiki/Glucose_oxidase
http://en.wikipedia.org/wiki/Blood_glucose_meter
http://www-mtl.mit.edu/researchgroups/mems-salon/Yawen_Evaluation-of-MEMS-materials-of-construction-for-
implantable-medical-devices.pdf
http://ats.ctsnetjournals.org/cgi/content/full/67/5/1315
http://www.dowcorning.com/content/publishedlit/01-847-94.pdf
http://www.iovs.org/content/50/9/4337.full.pdf+html
http://john.maloney.org/Papers/In_vivo_biostability_silicon_oxide_and_nitride.pdf
http://www.csun.edu/~rdconner/536/additional/retina_3.pdf
http://www.fda.gov/downloads/MedicalDevices/DeviceRegulationandGuidance/GuidanceDocuments/ucm071233
![Anteproyecto biosensor [22 abril]](https://img.pdfslide.es/doc/110x75/559364ab1a28ab5e0e8b4582/anteproyecto-biosensor-22-abril.jpg)
