In een nieuwe studie, online gepubliceerd in het tijdschrift American Chemical Society (ACS) Toegepaste polymeermaterialen , wetenschappers van de Texas A&M University meldden dat ze een hydrogelmembraan hebben ontworpen dat kan worden gebruikt om optische glucosesensormaterialen te huisvesten, naar het bouwen van een biosensor voor het monitoren van suikerniveaus bij diabetici.

Door het opnemen van bungelen, moleculaire ketens van het kamtype in een soort hydrogel genaamd poly(N-isopropylacrylamide) of kortweg poly NIPAAm, ze toonden aan dat het membraan lekkage van kleine moleculen kon voorkomen, zoals die voor glucosedetectie, terwijl glucose nog steeds vrij in en uit kan diffunderen.

Wanneer klaar voor klinisch gebruik, de onderzoekers zeiden dat deze membranen zouden kunnen worden gebruikt om biosensoren te vormen die gemakkelijk onder de huid van de pols kunnen worden geïmplanteerd en een comfortabeler alternatief kunnen bieden voor transdermale implantaten, die gedeeltelijk buiten de huid zitten. Bovendien, in tegenstelling tot transdermale implantaten die om de paar weken moeten worden vervangen, dit type subcutaan implantaat hoeft mogelijk slechts om de paar maanden te worden vervangen.

"We hebben veel werk gedaan aan hydrogelmaterialen door te kijken naar mechanische eigenschappen en reacties op vreemde lichamen, maar ons grote doel is altijd geweest om poly NIPAAm-membranen te gebruiken om een ​​onderhuidse glucose-biosensor te bouwen, " zei dr. Melissa Grunlan, hoogleraar en houder van het Charles H. en Bettye Barclay-hoogleraarschap bij de afdeling Biomedische Technologie. "In dit onderzoek, we hebben de diffusie-eigenschappen van deze hydrogels kunnen verfijnen die we eerder hebben geïdentificeerd als een veelbelovende kandidaat voor het bouwen van op lange termijn functionerende glucose-biosensoren."

Poly NIPAAms zijn een klasse van organische hydrogels met een zachte textuur, zoals contactlenzen. Een van hun aantrekkelijke eigenschappen is dat ze cyclische zwellingen en zwellingen kunnen ondergaan met kleine temperatuurschommelingen in het lichaam. Omdat hun oppervlak dynamisch verandert met de temperatuur, ze ontmoedigen de aanhechting van cellen en biomoleculen. Deze actieve, zelfreinigend mechanisme maakt poly NIPAAm hydrogels aantrekkelijk voor implantaten omdat ze de aanval van het immuunsysteem minimaliseren.

Om het poly NIPAAm-membraan te gebruiken voor het bewaken van de bloedsuikerspiegel, het moet voldoende glucosegevoelige moleculen of assays bevatten. Verder, de levensduur van de hydrogel hangt ook af van het vermogen van het membraan om deze testmoleculen vast te houden zonder dat ze eruit lekken.

"Denk aan de NIPAAm-hydrogel als een gebreide trui waarbij de ruimtes tussen de mazen worden gevormd door de kruissteken. Op dit moment, deze ruimtes of vensters in de hydrogels zijn te groot, de testmoleculen erdoorheen laten gaan, " zei Grunlan. "Als de testen op deze manier blijven uitlogen, we zullen geen langwerkende sensor hebben."

Daarom, Grunlan en haar team hebben hun inspanningen gericht op het verfijnen van de eigenschappen van poly NIPAAm's om het lekken van glucosegevoelige moleculen te beperken, terwijl de glucose toch vrij door de hydrogel kan diffunderen.

Om de grootte van de gaten te verkleinen, de onderzoekers plaatsten bungelende moleculen met verschillende ladingen, lengtes en concentraties aan de poly NIPAAm hydrogel. Wanneer opgenomen in de hydrogel, deze moleculen creëren kamvormige barrières, waarvan de tanden zijn ontworpen om diffusie van kleine moleculen ter grootte van een test te blokkeren. Om te testen of deze kamachtige architectuur de diffusie van glucosesensoren kan beperken, ze doen ook in de hydrogel, fluorescent gelabelde moleculen genaamd dextranen, die dienden als proxy's voor glucosegevoelige moleculen. Volgende, ze plaatsten de hydrogel in water en maten de hoeveelheid fluorescentie in het water als gevolg van het lekken van dextranen uit de hydrogel.

De onderzoekers ontdekten dat wanneer ze een negatief geladen molecuul gebruikten genaamd poly (2-acrylamido-2-methyl-1-propaansulfonzuur) of PAMP, de kammen verhinderden de diffusie van dextranen. Verder, ze merkten ook op dat glucosemoleculen ongehinderd in en uit de hydrogel stroomden.

Grunlan merkte op dat nu ze proof-of-concept hebben dat hun hydrogels het lekken van kleine dextranen kunnen beteugelen, de volgende stap in hun onderzoek zou zijn om een ​​biosensor te bouwen met glucosegevoelige moleculen in het membraan.

"Hoewel onze huidige studie geen daadwerkelijke sensormoleculen omvatte, het laat je heel overtuigend en precies zien wat kamarchitecturen kunnen doen voor hydrogels om diffusie te beperken, " zei Grunlan. "Dit was een systematische studie om de effectiviteit van onze aanpak aan te tonen en de mogelijkheid om onze bevindingen uit te breiden naar andere onderzoeksgebieden dan glucosedetectie waarvoor hydrogels met beperkte diffusie moeten worden ontworpen."