Ondanks baanbrekend diabetesonderzoek in de afgelopen eeuw, mensen met diabetes moeten nog steeds vertrouwen op het verkrijgen van bloedmonsters om hun suikerniveaus te controleren. Dagelijkse glucosemonitoring door het volgen van de bloedsuikerspiegel is essentieel voor het beheersen van diabetes type 1 en type 2. de huidige methode - vingerprikken - is echter invasief en kan lastig worden met hoe vaak het moet worden gedaan.

Sinds 2014, flitsglucosemonitoring werd voor het eerst geïntroduceerd in Europa en deze methode maakt gebruik van een kleine, waterbestendige sensor aangebracht op de achterkant van de bovenarm. Vergeleken met vingerprikmonitor, deze benadering is handiger, maar deze sensoren hebben bekende nauwkeurigheidsproblemen en sommige kunnen helemaal mislukken.

In de zoektocht om invasieve glucosemonitoring voor mensen met diabetes te elimineren, onderzoek geleid door Wenyu Gao, een doctoraat student in de afdeling Scheikunde aan de Universiteit van Waterloo, onderzoekt het gebruik van speeksel in plaats van bloed om de glucosespiegels te controleren.

Werken in het onderzoekslab van professor Kam Tong Leung, Gao ontwikkelde een prototype sensor die nanomaterialen gebruikt om het suikergehalte in speekselmonsters te testen. Hoewel speeksel meerdere componenten bevat die voor het testen moeten worden gescheiden, de nauwkeurigheid van een op speeksel gebaseerde sensor is meer dan 95% in vergelijking met het resultaat van een commercieel bloedglucosemonitoringsysteem.

Gao's prototype speekselsensor maakt gebruik van koperen nanomaterialen die zijn verankerd op een basisstrip gemaakt van grafeenplaat. Grafeen is een goedkoop koolstofmateriaal dat over het algemeen niet reageert met andere verbindingen. "Grafeenstroken zijn dun en flexibel, net als papier, zodat je de materialen op de bovenkant kunt deponeren en het is nog steeds flexibel, " zegt Gao. "Het is een veelbelovend substraat in biosensoren."

De koperen nanomaterialen die aan het grafeen zijn verankerd, zijn aanwezig in drie lagen, in een kern-schaalstructuur gemaakt van Cu, Cu2O, en CuO. In deze speekselsensor, glucose reageert met de Cu2O-laag waardoor het aantal elektronen in het koperatoom verandert. Dit verandert de elektrische stroom evenredig met de hoeveelheid glucose die aanwezig is, die vervolgens kan worden gemeten als een bloedsuikerspiegel.

Naast het verlichten van de pijn die gepaard gaat met commerciële producten voor het verkrijgen van bloedmonsters, er is nog een voordeel aan het ontwikkelen van opties met nanomaterialen. "Momenteel, commerciële producten zijn gebaseerd op enzymen zoals glucose-oxidasen, die de houdbaarheid van deze producten beperkt tot slechts enkele maanden, " zegt Gao. "Enzymen zijn biologische katalysatoren die gemakkelijk worden beïnvloed door de veranderende omgeving, waardoor ze hun activiteit verliezen. We willen deze producten veranderen in nanomaterialen, die langer kan duren."

Het onderzoeksteam vergeleek hun speekselglucosesensor met andere enzymatische en niet-enzymatische glucosesensoren die momenteel beschikbaar zijn. Ze ontdekten dat hun niet-enzymatische sensor een breder scala aan glucoseniveaus heeft die hij kan detecteren en een hogere gevoeligheid, wat betekent dat het kleinere hoeveelheden glucose effectiever kan detecteren.

In de wetenschappelijke gemeenschap, vooruitgang is vaak afhankelijk van samenwerking en partnerschappen, en dit project is niet anders. Als masterstudent Gao studeerde biosensoren aan de Beijing Jiaotong University. Ze voelde zich aangetrokken tot het bestuderen van haar Ph.D. met professor Leung aan de Universiteit van Waterloo via bestaande partnerschappen tussen de twee scholen, een interesse in het ervaren van een andere cultuur en het werken met nieuwe wetenschappelijke apparatuur. Hier, ze ontmoette Xiaojing Zhou, een gasthoogleraar van de Universiteit van Newcastle, Australië die voorstelde om een ​​grafeenstrip als basissubstraat te gebruiken.

"Veel van het interessante werk, inclusief Wenyu's op speeksel gebaseerde sensoren, vertrouwen op fundamentele chemie die zich aan de oppervlakte voordoet, " zegt professor Leung. "Tweedimensionale materialen zoals grafeen zijn veelbelovende nieuwe nanotechnologische materialen die hiervan profiteren."

Hoewel de resultaten van dit onderzoek veelbelovend zijn, het potentieel voor commercialisering is waarschijnlijk nog enkele jaren verwijderd. Er zijn enkele uitdagingen die in de methode moeten worden uitgewerkt. Bijvoorbeeld, de reactie moet worden uitgevoerd in een oplossing met een hoge pH om ervoor te zorgen dat het koperen nanomateriaal kan worden geoxideerd. Aangezien speeksel een ongeveer neutrale pH heeft, het kan niet direct worden getest en moet eerst worden toegevoegd aan een base zoals natriumhydroxide. Ook, naast glucose zijn er andere verbindingen in speeksel waarvan de glucose moet worden gescheiden voordat de reactie nauwkeurig kan worden uitgevoerd. Niettemin, Gao blijft optimistisch over de toekomst van deze aanpak.

"We hebben nog een lange weg te gaan, maar ik denk dat we deze problemen in de toekomst nog steeds stap voor stap kunnen oplossen."