Een elektronische biosensor aangedreven door glucose in lichaamsvloeistoffen is ontwikkeld door KAUST-onderzoekers. Het apparaat koppelt een elektronentransporterend polymeer aan een enzym dat elektronen uit zijn reactie met glucose haalt om het circuit aan te drijven. De plastic biosensor kan fungeren als een continue monitor van belangrijke gezondheidsindicatoren, zoals de bloedsuikerspiegel bij diabetespatiënten.

"Snel, nauwkeurige en vroege detectie van afwijkingen in het metabolisme is van het grootste belang om te monitoren, controle en preventie van vele ziekten, inclusief suikerziekte, " zegt David Ohayon, een doctoraat student in het lab van Sahika Inal die samen met postdoctoraal collega Georgios Nikiforidis het onderzoek leidde. "De glucosemeters van tegenwoordig zijn voornamelijk beperkt tot vingerprikapparaten, die vaak pijnlijk zijn, "zegt hij. Er worden implanteerbare glucosesensoren ontwikkeld, maar hun batterijen bemoeilijken de implantatie en moeten uiteindelijk worden opgeladen of vervangen.

Een ideale alternatieve technologie zijn implanteerbare biosensoren van polymeer die zichzelf van stroom kunnen voorzien met behulp van moleculen om hen heen.

Inal en haar team hebben een polymeer ontdekt - gesynthetiseerd door het team van Iain McCulloch bij KAUST - dat perfect geschikt lijkt voor de taak. "Het polymeer is een n-type halfgeleider, wat betekent dat het elektronen langs zijn ruggengraat kan accepteren en transporteren, " zegt Ohayon. Het polymeer is gekoppeld aan het glucose-oxidase-enzym, die oxidatief elektronen extraheert uit zijn reactie met glucose.

Gebruikelijk, een derde component is nodig om de elektronen van het enzym naar het polymeer te transporteren. "Deze mediatoren zijn vaak giftig en moeten op het elektrodeoppervlak worden geïmmobiliseerd, wat de miniaturisering van het apparaat bemoeilijkt en de levensduur verkort, ' zegt Ohayon.

Het nieuwe polymeer heeft zo'n mediator niet nodig. "Ons polymeer lijkt het enzym zo dicht bij elkaar te kunnen houden dat het een efficiënte elektrische communicatie tussen het actieve centrum en de polymeerruggengraat mogelijk maakt." De ethyleenglycolzijketens van het polymeer zijn waarschijnlijk de sleutel tot de interactie, een hypothese die momenteel wordt onderzocht in samenwerking met de groep van Enzo di Fabrizo bij KAUST.

Het team gebruikte dit n-type polymeermateriaal in een transistor om glucosespiegels in speeksel te detecteren en ook als de helft van een volledig polymere brandstofcel die glucose gebruikt als energiebron om het apparaat aan te drijven. "Deze brandstofcel is de eerste demonstratie van een volledig plastic, op enzymen gebaseerd elektrokatalytisch energieopwekkingsapparaat dat werkt in fysiologisch relevante media, ' zegt Inal.

"Glucosedetectie en energieopwekking zijn slechts twee voorbeelden van de mogelijke toepassingen wanneer een synthetisch polymeer effectief communiceert met een katalytisch enzym-achtige glucose-oxidase, "Inal voegt toe. "Ons belangrijkste doel was om de veelzijdige chemie en nieuwe toepassingen van deze speciale waterstabiele, polymeer klasse, die gemengde geleiding vertoont (ionisch en elektronisch)."

De studie is gepubliceerd in Natuurmaterialen .