Sensor registrerer glukose i spyt og tårer til diabetesprøvning

(Phys.org) - Forskere har skabt en ny type biosensor, der kan registrere små koncentrationer af glukose i spyt, tårer og urin og kan fremstilles til en lav pris, fordi det ikke kræver mange behandlingstrin at producere.

"Det er en iboende ikke-invasiv måde at estimere glukoseindholdet i kroppen, "sagde Jonathan Claussen, en tidligere doktorand ved Purdue University og nu forsker ved U.S. Naval Research Laboratory. "Fordi det kan detektere glukose i spyt og tårer, det er en platform, der i sidste ende kan hjælpe med at fjerne eller reducere hyppigheden af ​​brug af nålestik til diabetesprøvning. Vi beviser dets funktionalitet. "

Claussen og Purdue -doktorand Anurag Kumar stod i spidsen for projektet, arbejder med Timothy Fisher, en Purdue professor i maskinteknik; D. Marshall Porterfield, en professor i landbrugs- og biologisk teknik; og andre forskere ved universitetets Birck Nanotechnology Center.

Resultaterne er detaljeret i et forskningsartikel, der offentliggøres i denne uge i tidsskriftet Avancerede funktionelle materialer .

"De fleste sensorer måler typisk glukose i blod, "Claussen sagde." Mange i litteraturen er ikke i stand til at opdage glukose i tårer og spyt. Det unikke er, at vi kan fornemme i alle fire forskellige menneskelige serum:spyt, blod, tårer og urin. Og det er ikke vist før. "

Papiret, fremhævet på tidsskriftets omslag, blev skrevet af Claussen, Kumar, Fisher, Porterfield- og Purdue -forskere David B. Jaroch, M. Haseeb Khawaja og Allison B. Hibbard.

Sensoren har tre hoveddele:lag af nanosheets, der ligner små rosenblade lavet af et materiale kaldet grafen, som er en enkelt-atom-tyk film af kulstof; platin nanopartikler; og enzymet glucoseoxidase.

Hvert kronblad indeholder et par lag stablet grafen. Kanten af ​​kronbladene hænger, ufuldstændige kemiske bindinger, defekter, hvor platin nanopartikler kan vedhæfte. Elektroder dannes ved at kombinere nanosheetbladene og platin -nanopartikler. Derefter binder glucoseoxidasen sig til platin -nanopartiklerne. Enzymet omdanner glucose til peroxid, som genererer et signal på elektroden.

"Typisk, når du vil lave en nanostruktureret biosensor, skal du bruge mange behandlingstrin, før du når det endelige biosensorprodukt, "Sagde Kumar." Det indebærer litografi, kemisk forarbejdning, ætsning og andre trin. Det gode ved disse kronblade er, at de kan dyrkes på næsten enhver overflade, og vi behøver ikke bruge nogen af ​​disse trin, så det kunne være ideelt til kommercialisering. "

Ud over diabetesprøvning, teknologien kan bruges til at registrere en række forskellige kemiske forbindelser til test for andre medicinske tilstande.

"Fordi vi brugte enzymet glucoseoxidase i dette arbejde, det er gearet til diabetes, "Sagde Claussen." Men vi kunne bare skifte det enzym ud med, for eksempel, glutematoxidase, at måle neurotransmitteren glutamat for at teste for Parkinsons og Alzheimers, eller ethanoloxidase til overvågning af alkoholindhold for en alkometer. Det er meget alsidigt, hurtig og bærbar. "

Teknologien er i stand til at detektere glukose i koncentrationer helt ned til 0,3 mikromolar, langt mere følsom end andre elektrokemiske biosensorer baseret på grafen eller grafit, carbon nanorør og metalliske nanopartikler, Sagde Claussen

"Dette er de første fund for at rapportere en så lav sansegrænse og på samme tid, sådan et stort sansningsområde, " han sagde.

Sensoren er i stand til at skelne mellem glukose og signaler fra andre forbindelser, der ofte forårsager interferens i sensorer:urinsyre, ascorbinsyre og acetaminophen, som normalt findes i blodet. I modsætning til glukose, disse forbindelser siges at være elektroaktive, hvilket betyder, at de genererer et elektrisk signal uden tilstedeværelse af et enzym.

Glukose i sig selv genererer ikke et signal, men skal først reagere med enzymet glucoseoxidase. Glucoseoxidase bruges i kommercielle diabetes teststrimler til konventionelle diabetesmålere, der måler glukose med en fingerprik.