CHƯƠNG 1 TỔNG QUAN TIEU LUAN MOI download : skknchat@gmail.com -2- Tổng quan 1.1 SƠ LƯỢC VỀ BỆNH TIỂU ĐƯỜNG 1.1 Bệnh tiểu đường Bệnh tiểu đường xảy ra do tuyến tụy thiếu insulin - một hormone rất quan trọng giúp hấp thu glucoza vào mạch máu để cung cấp năng lượng nuôi tế bào. Khi chúng ta ăn, tuyến tụy sẽ tạo ra một lượng insulin đủ để hấp thu glucoza. Tuy nhiên, đối với những người mắc bệnh tiểu đường, tuyến tụy sẽ sản xuất không đủ hoặc không tạo được insulin, hoặc sử dụng insulin không hiệu quả, do đó thay vì được vận chuyển vào trong tế bào, glucoza tích tụ lại ở ngoài máu và cuối cùng thải ra ngoài cơ thể qua đường nước tiểu. Có hai dạng bệnh tiểu đường [4]: Tiểu đường type 1: cơ thể không sản xuất đủ hoặc không sản xuất được insulin.
Nhóm này được điều trị bằng cách tiêm insulin trực tiếp vào cơ thể để duy trì lượng glucoza trong máu ở mức ổn định. Trẻ em và thanh thiếu niên thường mắc bệnh tiểu đường type 1. Tiểu đường type 2: là dạng bệnh tiểu đường mà tuyến tụy của người bệnh có thể sản xuất insulin nhưng cơ thể không sử dụng hiệu quả lượng insulin được tạo ra. Có đến 85-90% người mắc bệnh tiểu đường thuộc type 2, trong đó hầu hết là người trên 40 tuổi.
Việc điều trị bệnh tiểu đường type 2 được thực hiện bằng cách thường xuyên uống thuốc kết hợp với chế độ ăn kiêng và tập thể dục đều đặn.2 Thực trạng bệnh tiểu đường hiện nay Hiện nay trên thế giới có hơn 190 triệu người mắc bệnh tiểu đường và con số này đang tăng lên nhanh chóng. Ước tính đến năm 2010, thế giới sẽ có 221 triệu người mắc bệnh, năm 2025 sẽ lên tới 330 triệu người, chiếm gần 6% dân số. Tỷ lệ bệnh tăng lên ở các nước phát triển là 42%, nhưng ở các nước đang phát triển là 170%. Châu Á hiện có 10-12% số người lớn mắc bệnh tiểu đường, gấp đôi so với châu Âu.
Bệnh tiểu đường đang gây ảnh hưởng mạnh tới nền kinh tế - xã hội của các quốc gia châu Á, trong đó có Việt Nam [1]. Tỷ lệ mắc bệnh tiểu đường ở châu Á hiện nay đã vượt xa châu Âu, nơi vốn được xem là ổ bệnh. Trong khi có khoảng 5% số người trưởng thành ở châu Âu mắc bệnh thì ở châu Á số người mắc là từ 10-12% và ở những quốc gia thuộc quần đảo Thái Bình Dương là 30-40%. Điều nguy hiểm là châu Á đang có chiều hướng gia tăng bệnh tiểu đường ở lứa tuổi thanh thiếu niên và trẻ nhỏ.
Thực hiện: Trần Nhân Ái TIEU LUAN MOI download : skknchat@gmail.com -3- Tổng quan Theo Thông tấn xã Việt Nam, ở nước ta hiện nay có khoảng 2,5 triệu người mắc bệnh tiểu đường, chiếm 2,7% dân số nhưng có tới 65% người bệnh không biết mình đã mắc căn bệnh này. Trong 10 năm qua, số bệnh nhân tiểu đường đã tăng 3-4 lần ở khu vực thành thị. Khu vực nông thôn trước đây thường rất ít gặp bệnh tiểu đường thì nay bệnh đã trở nên phổ biến và dự đoán đến năm 2025 số người mắc bệnh tiểu đường sẽ tăng lên đến 05 triệu người. Ở Việt Nam, ngành y tế đã triển khai nhiều hoạt động phòng chống bệnh tiểu đường như tăng cường công tác tuyên truyền, khám để phát hiện bệnh sớm và triển khai thử nghiệm dự án phòng chống bệnh tiểu đường tại cộng đồng ở hai tỉnh Thanh Hóa và Thái Bình với sự giúp đỡ của Tổ chức y tế Thế giới, quỹ đái tháo đường quốc tế và nhiều tổ chức quốc tế khác [2].3 Những ảnh hưởng của bệnh tiểu đường Rất nhiều nghiên cứu y học đã chứng minh rằng bệnh tiểu đường có những vùng đường huyết nguy hiểm.
Đó là khi đường huyết quá thấp hoặc quá cao. Đường huyết xuống thấp dưới 60 mg/dL có thể dẫn đến tình trạng hôn mê, thậm chí tử vong. Còn khi đường huyết tăng cao hơn 180 mg/dL có thể gây tổn thương nhiều bộ phận quan trọng trong cơ thể như tim mạch, mạch máu, mắt, thận và thần kinh. Trung bình cứ 10 người bị tiểu đường thì có 08 người bị mắc bệnh tim mạch và có tới 75% số ca tử vong ở người bệnh tiểu đường type 2 là do bệnh tim mạch, chủ yếu là do nhồi máu cơ tim và tai biến mạch máu não.
Bệnh thận do tiểu đường là nguyên nhân phổ biến nhất gây suy thận giai đoạn cuối, còn bệnh liên quan tới võng mạc do tiểu đường cũng là nguyên nhân hàng đầu gây mù ở người dân của những nước công nghiệp phát triển. Bệnh tiểu đường diễn biến rất âm thầm khiến nhiều người bệnh khó nhận biết được nên nhiều người khi đến khám chữa bệnh đã mắc bệnh tới 5-7 năm rồi. Vì vậy người ta gọi bệnh tiểu đường là “kẻ giết người thầm lặng”. Hiện nay, trở ngại lớn nhất trong việc điều trị bệnh tiểu đường không hẳn do thiếu trang thiết bị, thiếu thuốc, thiếu cơ sở điều trị hay thiếu thầy thuốc chuyên khoa mà chính là do sự chủ quan và thiếu hiểu biết của người bệnh.
Có rất nhiều người, dù đã được cảnh báo nhưng vẫn cho rằng bệnh tiểu đường của mình là nhẹ vì không thấy có “biến chứng”, nên không quan tâm đường huyết của họ là bao nhiêu. Vì thế họ rất ít đi khám và làm xét nghiệm đường huyết, có thể 2-3 tháng hoặc 06 tháng, có khi hàng năm mới đi kiểm tra đường huyết một lần. Thực tế, chỉ khi đường huyết rất cao (trên 300mg/dL ~ 16,5mM/L) thì người bệnh mới có một số triệu chứng như mệt mỏi, đi tiểu nhiều và khát nước. Còn khi đường huyết cao khoảng từ 126÷300mg/dL (7÷16,5mM/L) bạn sẽ không cảm nhận Thực hiện: Trần Nhân Ái TIEU LUAN MOI download : skknchat@gmail.com -4- Tổng quan được vì nó không làm bạn đau, chẳng làm bạn mệt hay có cảm giác khó chịu, đó chính là lý do vì sao bệnh tiểu đường lại gây ra nhiều tổn thất như vậy.
Theo nghiên cứu UKPDS (The United Kingdom Prospective Diabetes Study) - một nghiên cứu mới nhất và đáng tin cậy nhất về bệnh tiểu đường thì ngay tại thời điểm được phát hiện mắc bệnh, 50% số bệnh nhân tiểu đường type 2 đã có ít nhất một biến chứng. Lý do là vì đa số các bệnh nhân tiểu đường type 2 có thể sống hàng tháng thậm chí hàng năm với mức đường huyết cao mà không hề biết là nhiều bộ phận trong cơ thể đang bị phá hủy dần dần cho đến khi biến chứng xuất hiện. Khi đó thì dù có được điều trị tích cực và rất tốn kém thì hiệu quả thường vẫn rất thấp, không thể ngăn các biến chứng trầm trọng thêm và có thể phải trả giá bằng chính cuộc sống của mình [1].4 Mức đường huyết an toàn Theo Hiệp hội tiểu đường Hoa Kỳ (ADA - American Diabetes Association), đối với đa số bệnh nhân tiểu đường, mức đường huyết an toàn là [1]: - Trước bữa ăn: 90-130 mg/dL (~ 5,0÷7,2 mM) - Sau bữa ăn 1-2 giờ: nhỏ hơn 180 mg/dL (~ 10 mM) - Trước lúc đi ngủ: 110-150 mg/dL (~ 6,0÷8,3 mM) Tùy lứa tuổi, giai đoạn bệnh, mức độ các biến chứng. mà mức đường huyết an toàn của mỗi người bệnh có thể khác nhau nhưng không nhiều.2 CẢM BIẾN GLUCOZA Với các hậu quả và biến chứng nguy hiểm, bệnh tiểu đường đã và đang là một trong những căn bệnh nguy hiểm, gây ảnh hưởng nặng nề nhất trong xã hội ngày nay (chỉ sau các bệnh về tim mạch và ung thư).
Tuy thế, nếu bệnh tiểu đường được chẩn đoán, phát hiện sớm, thì hoàn toàn có thể chữa trị được cũng như ngăn chặn được các biến chứng thông qua việc điều chỉnh lượng insulin cho cơ thể, kết hợp với chế độ dinh dưỡng và lối sống thích hợp. Để kiểm tra nồng độ glucoza trong máu, người ta sử dụng cảm biến glucoza. Hiện nay thị trường của cảm biến glucoza có giá trị vào khoảng 6 tỉ USD/năm, và chiếm 90% thị trường của tất cả các loại cảm biến sinh học. Vì vậy những nghiên cứu về cảm biến glucoza đã và đang thu hút được sự quan tâm của nhiều nhà khoa học trên thế giới.
Thực hiện: Trần Nhân Ái TIEU LUAN MOI download : skknchat@gmail.com -5- Tổng quan 1.1 Cảm biến glucoza truyền thống Bệnh tiểu đường được chẩn đoán chủ yếu thông qua việc kiểm tra, đo đạc trực tiếp hoặc gián tiếp lượng đường (glucoza) trong máu của con người. Thiết bị đo đạc và phân tích lượng glucoza trong máu rất đa dạng, phong phú, và dựa trên các nguyên lý làm việc rất khác nhau, từ phương pháp cổ điển như phương pháp chỉ thị màu (colorimetric test strips) đến các phương pháp phát triển rất gần đây như cảm biến sinh học điện hóa (electrochemical biosensors) và cảm biến quang (optical sensors). Mỗi loại thiết bị có những ưu nhược điểm khác nhau. - Phương pháp chỉ thị màu: đơn giản, rẻ tiền nhưng giấy hiển thị bị ảnh hưởng bởi nhiệt độ, độ ẩm và độ pH của môi trường, do đó làm giảm độ chính xác của phép đo.
- Phương pháp quang học: không cần lấy máu trực tiếp, nhưng thiết bị phức tạp, đắt tiền và độ mẫn cảm với môi trường trung gian (da người) cũng cao. - Cảm biến sinh học điện hóa: sử dụng enzyme làm xúc tác cho phản ứng oxi hóa glucoza, do đó độ nhạy và độ chính xác của phép đo phụ thuộc rất nhiều vào hoạt tính của enzyme. Tuy có nhiều loại cảm biến hiện đang được dùng để phân tích và định lượng nồng độ glucoza trong máu nhưng các phương pháp đều có những nhược điểm cần khắc phục như độ chính xác, độ lặp lại và tin cậy, quy trình đo lâu và phức tạp, lượng máu phải dùng nhiều, chi phí phân tích cao v. Do đó, tại thời điểm này, rất nhiều công ty nổi tiếng hiện đang đầu tư, nghiên cứu, phát triển và thương mại hóa cảm biến glucoza thế hệ mới với hy vọng khắc phục các nhược điểm nói trên.2 Cảm biến glucoza sử dụng các cấu trúc nano 1.1 Công nghệ nano Công nghệ nano là một công nghệ mới, chuyên nghiên cứu chế tạo cũng như tìm hiểu các tính chất và khả năng ứng dụng của các cấu trúc và vật liệu mà trong đó có ít nhất một chiều có kích thước cỡ 100 nm hoặc nhỏ hơn.
Các cấu trúc nano như sợi nano (nanowire), ống nano (nanotube), hạt nano (nanoshell), tinh thể nano (nanocrystal)… với những tính chất điện, từ, quang rất độc đáo, đã mang lại những tiềm năng to lớn trong việc phát triển các loại cảm biến thế hệ mới.