Videnskab
 science >> Videnskab >  >> Kemi

Ny, ikke-invasive blodsukkermålingsmetoder ved hjælp af spyt

Kredit:University of Waterloo

På trods af banebrydende diabetesforskning gennem det sidste århundrede, mennesker med diabetes er stadig nødt til at stole på at få blodprøver for at overvåge deres sukkerniveauer. Daglig glukoseovervågning ved at spore blodsukkerniveauer er afgørende for håndtering af både type 1 og 2 diabetes, dog er den nuværende metode - fingerstik - invasiv og kan blive byrdefuld med, hvor ofte det skal gøres.

Siden 2014 har flash-glukoseovervågning blev først introduceret i Europa, og denne metode bruger en lille, vandtæt sensor påført bag på overarmen. Sammenlignet med fingerprikkemonitor, denne tilgang er mere praktisk, men disse sensorer har kendte nøjagtighedsproblemer, og nogle kan fejle helt.

I jagten på at eliminere invasiv glukoseovervågning for mennesker med diabetes, forskning ledet af Wenyu Gao, en ph.d. studerende ved Institut for Kemi ved University of Waterloo, udforsker at bruge spyt i stedet for blod til at overvåge glukoseniveauer.

Arbejder i forskningslaboratoriet hos professor Kam Tong Leung, Gao udviklede en prototype sensor, der bruger nanomaterialer til at teste sukkerniveauet i spytprøver. Selvom spyt indeholder flere komponenter, som skal adskilles før testning, Nøjagtigheden af ​​spytbaserede sensorer er over 95 % sammenlignet med resultatet af kommercielt blodsukkerovervågningssystem.

Gaos prototype spytsensor bruger kobber nanomaterialer, som er forankret på en basisstrimmel lavet af grafenplade. Grafen er et billigt kulstofmateriale, der generelt ikke reagerer med andre forbindelser. "Graphene strimler er tynde og fleksible ligesom papir, så du kan afsætte materialerne på toppen, og det er stadig fleksibelt, " siger Gao. "Det er et lovende substrat i biosensorer."

Kobber nanomaterialerne forankret til grafen er til stede i tre lag, i en kerne-skal struktur lavet af Cu, Cu2O, og CuO. I denne spytsensor, glukose reagerer med Cu2O-laget og ændrer antallet af elektroner i kobberatomet. Dette ændrer den elektriske strøm proportionalt med mængden af ​​tilstedeværende glukose, som så kan måles som et blodsukkerniveau.

Ud over at lindre smerten forbundet med kommercielle produkter til at tage blodprøver, der er en anden fordel ved at udvikle muligheder ved hjælp af nanomaterialer. "I øjeblikket, kommercielle produkter er baseret på enzymer som glucoseoxidaser, hvilket begrænser holdbarheden af ​​disse produkter til kun et par måneder, " siger Gao. "Enzymer er biologiske katalysatorer, der let påvirkes af det skiftende miljø, får dem til at miste deres aktivitet. Vi ønsker at ændre disse produkter til nanomaterialer, som kan holde længere."

Forskerholdet sammenlignede deres spytglukosesensor med andre enzymatiske og ikke-enzymatiske glucosesensorer, der er tilgængelige i øjeblikket. De fandt ud af, at deres ikke-enzymatiske sensor har en bredere vifte af glukoseniveauer, den kan registrere og en højere følsomhed, hvilket betyder, at den er i stand til at detektere mindre mængder glukose mere effektivt.

I det videnskabelige samfund, fremskridt er ofte afhængig af samarbejde og partnerskaber, og dette projekt er ikke anderledes. Som kandidatstuderende, Gao studerede biosensorer ved Beijing Jiaotong University. Hun var tiltrukket af at studere sin ph.d. med professor Leung ved University of Waterloo gennem eksisterende partnerskaber mellem de to skoler, en interesse for at opleve en anden kultur og arbejde med nyt videnskabeligt udstyr. Her, hun mødte Xiaojing Zhou, en gæsteprofessor fra University of Newcastle, Australien, der foreslog at bruge en grafenstrimmel som basissubstrat.

"Meget af det interessante arbejde, inklusive Wenyu's spyt-baserede sensorer, stole på fundamental kemi, der forekommer ved overfladen, " siger professor Leung. "Todimensionelle materialer som grafen lover nye nanoteknologiske materialer, der udnytter dette."

Selvom resultaterne af denne forskning er lovende, potentialet for kommercialisering er sandsynligvis stadig flere år væk. Der er nogle udfordringer, der skal arbejdes med i metoden. For eksempel, reaktionen skal udføres i en opløsning med høj pH for at sikre, at kobbernanomaterialet kan oxideres. Da spyt har en omtrent neutral pH, det kan ikke testes direkte, og det skal først tilsættes til en base som natriumhydroxid. Også, ud over glukose er der andre forbindelser i spyt, som glukosen skal adskilles fra, før reaktionen kan udføres nøjagtigt. Ikke desto mindre, Gao er fortsat optimistisk med hensyn til fremtiden for denne tilgang.

"Vi har stadig lang vej igen, men jeg tror, ​​at vi i fremtiden stadig kan løse disse problemer trin for trin."


Varme artikler