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Sbrignadello, Stefano (2012) Approcci tecnologici in vitro per la misura non invasiva della glicemia. [Tesi di dottorato]

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Abstract (inglese)

This study involved the analysis of some technologies that might be of interest to clarify the long standing problem of non-invasive blood glucose monitoring.
The development of a reliable method for noninvasive glycemia monitoring would have a tremendous medical and social impact for the management of diabetes, due to its high and increasing prevalence. This is indeed a topic of great interest, and one that is rapidly evolving.
We investigated the impedance variations in glucose–water, glucose–sodium chloride, and glucose–blood samples, for increasing glucose values (from physiological range up to 5000 mg/dl). On the whole frequency range studied, all samples showed impedance modulus increases for increasing glucose values (up to 135%), although with different trends depending on the type of substance being analyzed. We have also developed an electromagnetic sensor, and we tested in vitro its ability to estimate variations in glucose concentration of different solutions with similarities to blood (sodium chloride and Ringer-lactate solutions). The sensor was able to detect the effect of glucose variations over a wide range of concentrations (~78–5,000 mg/dL), with a sensitivity of ~0.22 mV/(mg/dL).
The systems proposed may thus be useful in a new approach for non-invasive and non-contact glucose monitoring, and also can help clarifying some aspects, not investigated in the literature, about the dielectric properties of solutions containing glucose. In the second part we focused on developing a system to measure glucose levels in patients on dialysis. To this end, we tests different solutions with different conductivity, using ion exchange resins to isolate the contribution of sodium and glucose in the impedance signal, and evaluating the possibility to derive the concentration of glucose from the sodium signal.
Another promising approach for continuous glycemia measurement during dialysis is the FT-NIR spectroscopy. We evaluated the changes in concentrations of glucose in Ringer's lactate solutions, using the Nicolet Antaris NIR-II ™ (Thermoscientific). The results were encouraging, the device has proved able to discriminate the presence and amount of glucose with good accuracy. Main advantages of our approach are no need of consumables (solvents/reagents), and usability by unskilled personnel. Besides, the application of our system (handling up to 4 patients with a unique NIR instrument) may allow reduction of the personnel required to monitor the concomitant dialysis sessions of several patients.

Abstract (italiano)

Questo studio ha riguardato l’analisi di alcune tecnologie di possibile interesse per chiarificare l’annoso problema del monitoraggio non invasivo della glicemia.
Lo sviluppo di un metodo affidabile per il monitoraggio non invasivo della glicemia sarebbe di enorme impatto medico e sociale nella gestione del diabete; è davvero un argomento di grande interesse, e in rapida evoluzione.
In questo studio abbiamo per prima cosa analizzato le variazioni di l'impedenza in diversi tipi di soluzioni: glucosio e acqua, glucosio e cloruro di sodio e glucosio e sangue bovino; per valori crescenti di glucosio (da concentrazioni fisiologiche fino a 5000 mg/dl). In tutta la gamma di frequenze studiata i campioni hanno mostrato un aumento del modulo di impedenza per i valori di glucosio crescenti (fino al 135%) anche se con andamenti diversi a seconda della tipologia della sostanza analizzata. Abbiamo anche messo a punto e proposto un sensore non-contact a campi elettromagnetici, con il quale abbiamo analizzato soluzioni di NaCl e Ringer lattato. Il sensore è stato in grado di rilevare l'effetto delle variazioni di glucosio in un ampio range di concentrazioni (78-5,000 mg/dl), con una sensibilità di 0,22 mV/(mg/dL). I nostri sistemi, qui proposti, possono quindi essere utili per un nuovo approccio alla misura non invasiva della glicemia, e chiarificano alcuni aspetti, poco indagati in letteratura, sulle proprietà dielettriche delle soluzioni contenenti glucosio.
Nella seconda parte ci siamo concentrati sullo sviluppo di un sistema per misurare i livelli di glucosio nei pazienti in terapia dialitica. A questo scopo abbiamo fatto prove con varie soluzioni a diverse conduttività, utilizzando resine a scambio ionico per isolare il contributo del sodio e del glucosio al segnale di impedenza; e valutando la possibilità di derivare la concentrazione di glucosio dal segnale del sodio.
Un altro approccio promettente, alla misura in dialisi, è stato utilizzare la spettroscopia FT-NIR, con cui abbiamo valutato le variazioni di concentrazioni di glucosio in soluzioni di Ringer lattato, utilizzando il Nicolet Antaris NIR-II™(Thermoscientific). I risultati sono stati incoraggianti, l’apparecchio si è dimostrato in grado di discriminare la presenza e la quantità di glucosio con buona precisione. I principali vantaggi di questo approccio sono: l’assenza di materiali di consumo, la possibilità di utilizzo da parte di personale anche non qualificato e la possibilità di gestire fino a 4 pazienti con un unico strumento.

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Tipo di EPrint:Tesi di dottorato
Relatore:Tessari, Paolo
Dottorato (corsi e scuole):Ciclo 24 > Scuole 24 > SCIENZE MEDICHE, CLINICHE E SPERIMENTALI > SCIENZE DIABETOLOGICHE
Data di deposito della tesi:28 Gennaio 2012
Anno di Pubblicazione:28 Gennaio 2012
Parole chiave (italiano / inglese):monitoraggio non invasivo della glicemia, spettroscopia dielettrica, diabete, resine a scambio ionico, spettroscopia FT-NIR
Settori scientifico-disciplinari MIUR:Area 09 - Ingegneria industriale e dell'informazione > ING-INF/06 Bioingegneria elettronica e informatica
Area 06 - Scienze mediche > MED/13 Endocrinologia
Struttura di riferimento:Dipartimenti > pre 2012 - Dipartimento di Medicina Clinica e Sperimentale
Codice ID:4677
Depositato il:07 Nov 2012 12:32
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