Угљени хидрати су широко распрострањени у биљном и животињском свету. Њихова улога варира од структурне до енергетске. Глукоза је један од најзаступљенијх моносахарида у природи. Најчешће се јавља у свом D облику. У организму глукоза потиче из исхране, али и из неких ендогених извора (биосинтеза у организму, разградња неких полисахарида-гликогена).
Слика 1.: Фишерова формула D-глукозе
Слика 2.: Хејвортова формула α-D-глукопиранозе
Слика 3.: Хејвортова фолмула β-D-глукопиранозе
Концентрација глукозе је у крви је регулисана у оквиру релативно уског опсега концентрација под дејством хормона инсулина, глукагона, итд. Најчешћи поремећај метаболизма глукозе који се јавља је диjабетес мелитус (diabetes mellitus). Тада имамо повећану концентрацију глукозе у крви. Диjабетес представља хроничну болест од које данас болује више од 422 милиона људи. Јавља се када панкреас не лучи довољну количину инсулина. Уколико ћелије не добију глукозу, ћелијско дисање није могуће, а самим тим и стварање молекула ATP-а постаје онемогућено, што доводи до застоја рада ћелија. Праћење концентрације глукозе у крви, је данас једна од најчешћих лабораторијских анализа које се изводе. Мерачи глукозе у крви, за употребу у кућним условима, функционишу по принципу електрохемијских биосензора.
Слика 4.: Апарат за мерење концентрације глукозе у крви
Да бисмо почели причу о основном принципу функционисања мерача глукозе у крви најпре морамо да се упознамо се неким основним терминима. Сензори представљају уређаје који могу детектовати (запазити, квантификовати) одређене супстанце (у нашем примеру глукозу). Супстанца која се одређује назива се аналит. Сваки биосензор се поред физичко-хемијске компоненте (електроде) састоји и од биолошки активне компоненте која специфично реагује са нашим аналитом. Принцип рада биосензора може се приказати следећом илустрацијом:
Биолошки активна компонента специфично реагује са аналитом, то значи да уколико у узорку имамо више различитих супстанци, са нашом активном компонентом реагује само она супстанца која њој највише одговара (молекулско препознавање). Како би вам ово било јасније, замислите да имате гомилу рукавица различитих величина. Уколико бисте тражили само десну рукавицу, из гомиле рукавица морали бисте да изаберете тачно ону која одговара вашој руци. У гомили ће се наћи велики број рукавица, како десних, тако и левих али само једна десна рукавица ће одговарати вашој шаци.
Када активна компонента биосензора детектује аналит, долази до промене неке физичке величине коју претварач сигнала детектује. Те промене могу бити настанак електроактивне врсте, промена pH, ослобађање топлоте, емисија светлости, промена масе. Одговарајући детектори попут електрода, термистора, бројача фотона итд., детектују сигнал и преводе га у електрични сигнал који одговара концентрацији аналита. Дакле, уколико у два различита узорка (у нашем случају крв две особе) имамо различите концентрације глукозе, нпр. у првом 4 mmol/L а у другом 6 mmol/L, електрични сигнали које претварач сигнала шаље уређају за интерпретацију сигнала ће бити различити: први електрични сигнал биће нижег интензитета и одговараће мањој концентрацији, други сигнал ће бити интензивнији и одговараће концентрацији другог раствора.
Мерачи шећера у крви функционишу на принципу електрохемијских биосензора. Постоји биолошки активна компонента која препознаје наш аналит у узорку. Када се аналит веже, долази до настанка нове електроактивне врсте чију концентрацију меримо електродом. Електрода претвара хемијски сигнал у електрични који се након обраде исписује на дисплеју уређаја. Као биолошки активна компонента у мерачима шећера у крви, користи се ензим глукозо-оксидаза GOD. Овај ензим катализује (убрзава реакцију) оксидацију глукозе (отпуштање електрона, прелазак у више оксидационо стање) до глуконске киселине при чему се кофактор овог ензима FAD редукује до FADH2 који се касније реоксидује до FAD. Управо овај корак реоксидација FADH2 до FAD је кључан за одређивање. Долази до трансфера електрона са FADH2 на електроду преко друге помоћне супстанце-медијатора. Медијатор се на електроди оксидује при чему струја оксидације одговара концентрацији наше глукозе. Овакав склоп биохемијских реакција користи се у биосензорима друге генерације. Како би се избегла употреба медијатора, развијени су биосензори треће генерације код којих се трансфер електрона дешава директно са FAD на електроду.
Слика 5.: Биосензори друге генерације
У данашњим мерачима за мерење глукозе у крви користе се штампане електроде, популарне тракице. Тракице се производе тако што се различитим процесима наносе танки слојеви проводника и изолатора на пластичне материјале. Свака тракица поседује штампану радну и референтну електроду при чему је радна електрода превучена ензимом, везивајућим агенсима, сурфактантнима, медијатором. Поред ове две, могуће је и постојање треће, помоћне електоде. Сам уређај поседује одређене електричне компоненте које омогућавају амперометријско одређивање глукозе.
