Plast glukose-drevet biosensor finder sød succes

En elektronisk biosensor drevet af glukose i kropsvæsker er udviklet af KAUST-forskere. Enheden parrer en elektrontransporterende polymer med et enzym, der udvinder elektroner fra dets reaktion med glucose for at drive dets kredsløb. Plastbiosensoren kunne fungere som en kontinuerlig overvågning af vigtige sundhedsindikatorer, såsom blodsukkerniveauer hos diabetespatienter.

"Hurtigt, nøjagtig og tidlig påvisning af abnormiteter i stofskiftet er af afgørende betydning for at overvåge, kontrollere og forebygge mange sygdomme, herunder diabetes, " siger David Ohayon, en ph.d. studerende i Sahika Inals laboratorium, der ledede forskningen sammen med postdoc-kollega Georgios Nikiforidis. "Dagens glukosemonitorer er hovedsageligt begrænset til fingerprikkere, som ofte er smertefulde, " siger han. Implanterbare glukosesensorer er ved at blive udviklet, men deres batterier komplicerer implantationen og skal til sidst genoplades eller udskiftes.

En ideel alternativ teknologi ville være implanterbare polymerbiosensorer, der er i stand til at drive sig selv ved hjælp af molekyler omkring dem.

Inal og hendes team har ramt en polymer – syntetiseret af Iain McCullochs team på KAUST – der ser ud til at passe perfekt til opgaven. "Polymeren er en n-type halvleder, hvilket betyder, at den kan acceptere og transportere elektroner langs sin rygrad, Ohayon siger. Polymeren er koblet med glucoseoxidase-enzymet, som oxidativt udvinder elektroner fra sin reaktion med glucose.

Som regel, en tredje komponent er påkrævet for at flytte elektronerne fra enzym til polymer. "Disse mediatorer er ofte giftige og skal immobiliseres på elektrodeoverfladen, hvilket komplicerer enhedens miniaturisering og forkorter levetiden, " siger Ohayon.

Den nye polymer behøver ikke en sådan mediator. "Vores polymer ser ud til at være i stand til at være vært for enzymet i en sådan nærhed, at det muliggør effektiv elektrisk kommunikation mellem det aktive center og polymerens rygrad." Polymerens ethylenglycol-sidekæder er sandsynligvis nøglen til interaktionen, en hypotese, der i øjeblikket undersøges i samarbejde med Enzo di Fabrizos gruppe på KAUST.

Holdet brugte dette n-type polymermateriale i en transistor til at fornemme glukoseniveauer i spyt og også som halvdelen af ​​en helt polymer brændselscelle, der bruger glukose som energikilde til at drive enheden. "Denne brændselscelle er den første demonstration af en fuldstændig plastik, enzymbaseret elektrokatalytisk energigenereringsanordning, der fungerer i fysiologisk relevante medier, " siger Inal.

"Glucoseføling og energiproduktion er kun to eksempler på de mulige anvendelser, når en syntetisk polymer kommunikerer effektivt med en katalytisk enzymlignende glucoseoxidase, " Inal tilføjer. "Vores hovedmål var at vise den alsidige kemi og nye anvendelser af denne specielle vandstabile, polymer klasse, som udviser blandet ledning (ionisk og elektronisk)."

Undersøgelsen er publiceret i Naturmaterialer .