Papirsensorer fjerner stikket af diabetisk test

En teknik, der gør det muligt for biologisk aktive enzymer at overleve strabadserne ved inkjet-print, er et lovende alternativ til rutinemæssig blodscreening af fingerstik for diabetiske blodsukkerniveauer. Det KAUST-ledede team brugte denne tilgang til at fremstille engangsudstyr, der kan måle glukosekoncentrationer i menneskeligt spyt.

Strimler af pH-følsomt papir bruges almindeligvis til at teste, om en væske er sur eller basisk. Forskere arbejder nu på at anvende lignende principper til at skabe papirsensorer, der hurtigt indikerer sygdomsbiomarkører. Nøglen til denne tilgang er at erstatte traditionelle elektroniske kredsløb i sensorerne med billig plast, der kan fremstilles hurtigt og i store mængder.

Bioforsker Sahika Inal samarbejdede med elektroingeniør Khaled Salama og materialeforsker Derya Baran om at bruge inkjet-teknologi til at producere sensorer, der er følsomme over for små sukkerkoncentrationer i biovæsker.

Ved at bruge en kommerciel blæk fremstillet af ledende polymerer, holdet printede mikroskala elektrodemønstre på blanke papirark. Næste, de udskrev et følelag indeholdende et enzym, glucose oxidase, oven på de små elektroder. Den biokemiske reaktion mellem tilgængelig glucose og enzymet skaber elektriske signaler, der let kan korreleres med blodsukkerniveauet.

"Papir er porøst, hvilket gør det udfordrende at udskrive ledende og biologiske blæk, der er opløst i vand, " siger Eloise Bihar, en postdoc ved KAUST og førsteforfatter til undersøgelsen. "Det er vanskeligt at udskrive enzymet, også - det er følsomt over for variationer i temperatur, spændingen på patronen, og blækkets pH."

Efter optimering af enzymudskrivningsbetingelserne, forskerne havde endnu en hindring at tackle. Mens væsker, såsom sved eller spyt, indeholder nok sukker til overvågningsformål, de indeholder også molekyler, såsom ascorbinsyre, der interfererer elektrisk med ledende polymerer. Belægning af sensoren med en nafion-polymermembran, der afviser de negative ladninger, der findes i de fleste interfererende arter, muliggjorde kun måling af de relevante glukoseniveauer i spytprøver fra frivillige.

Eksperimenter viste, at topcoatingen gav sensoren en hidtil uset holdbarhed - enzymet kunne holdes i live og aktivt i en måned, hvis det blev opbevaret i en forseglet pose. Disse resultater opmuntrer holdet til at udvide mulighederne for denne tilgang ved at inkorporere forskellige enzymer i sensingslaget.

"Optimering ender aldrig i teknik, så vi forsøger at gøre dette system mere robust til at detektere andre metabolitter i biovæsker, " siger Inal. "Vi søger også at integrere printede og selvdrevne energienheder i sensorerne, giver os en mere brugervenlig platform, der eliminerer eksterne batterier eller ledninger."