Een internationaal team van onderzoekers heeft een goedkope sensor ontwikkeld van halfgeleidend plastic die kan worden gebruikt om een ​​breed scala aan gezondheidsproblemen te diagnosticeren of te bewaken. zoals chirurgische complicaties of neurodegeneratieve ziekten.

De sensor kan de hoeveelheid kritische metabolieten meten, zoals lactaat of glucose, die aanwezig zijn in het zweet, tranen, speeksel of bloed, en, wanneer opgenomen in een diagnostisch apparaat, kunnen gezondheidstoestanden snel worden gecontroleerd, goedkoop en nauwkeurig. Het nieuwe apparaat heeft een veel eenvoudiger ontwerp dan bestaande sensoren, en opent een breed scala aan nieuwe mogelijkheden voor gezondheidsmonitoring tot op cellulair niveau. De resultaten worden gerapporteerd in het tijdschrift wetenschappelijke vooruitgang .

Het apparaat is ontwikkeld door een team onder leiding van de Universiteit van Cambridge en de King Abdullah University of Science and Technology (KAUST) in Saoedi-Arabië. Halfgeleidende kunststoffen zoals die in het huidige werk worden gebruikt, worden ontwikkeld voor gebruik in zonnecellen en flexibele elektronica, maar zijn nog niet wijdverbreid gebruikt in biologische toepassingen.

"In ons werk we hebben veel van de beperkingen overwonnen van conventionele elektrochemische biosensoren die enzymen als meetmateriaal gebruiken, " zei hoofdauteur Dr. Anna-Maria Pappa, een postdoctoraal onderzoeker in Cambridge's Department of Chemical Engineering and Biotechnology. "In conventionele biosensoren, de communicatie tussen de elektrode van de sensor en het meetmateriaal is niet erg efficiënt, dus het was nodig om moleculaire draden toe te voegen om het signaal te vergemakkelijken en te 'versterken'."

Om hun sensor te bouwen, Pappa en haar collega's gebruikten een nieuw gesynthetiseerd polymeer dat is ontwikkeld aan het Imperial College en dat fungeert als een moleculaire draad. direct accepteren van de elektronen geproduceerd tijdens elektrochemische reacties. Wanneer het materiaal in contact komt met een vloeistof zoals zweet, tranen of bloed, het absorbeert ionen en zwelt op, versmelten met de vloeistof. Dit leidt tot een aanzienlijk hogere gevoeligheid in vergelijking met traditionele sensoren gemaakt van metalen elektroden.

Aanvullend, wanneer de sensoren worden opgenomen in complexere circuits, zoals transistoren, het signaal kan worden versterkt en reageren op kleine fluctuaties in de metabolietconcentratie, ondanks het kleine formaat van de apparaten.

De eerste tests van de sensoren werden gebruikt om het lactaatgehalte te meten, wat handig is bij fitnesstoepassingen of om patiënten na een operatie te controleren. Echter, volgens de onderzoekers de sensor kan eenvoudig worden aangepast om andere metabolieten te detecteren, zoals glucose of cholesterol door het juiste enzym op te nemen, en het concentratiebereik dat de sensor kan detecteren, kan worden aangepast door de geometrie van het apparaat te wijzigen.

"Dit is de eerste keer dat het mogelijk is om een ​​elektronenaccepterend polymeer te gebruiken dat kan worden aangepast om de communicatie met de enzymen te verbeteren. wat de directe detectie van een metaboliet mogelijk maakt:dit was tot nu toe niet eenvoudig, "zei Pappa. "Het opent nieuwe richtingen in biosensing, waar materialen kunnen worden ontworpen om te interageren met een specifieke metaboliet, wat resulteert in veel gevoeligere en selectievere sensoren."

Aangezien de sensor niet uit metalen zoals goud of platina bestaat, het kan tegen lagere kosten worden vervaardigd en kan gemakkelijk worden verwerkt in flexibele en rekbare substraten, waardoor hun implementatie in draagbare of implanteerbare detectietoepassingen mogelijk wordt.

"Een implanteerbaar apparaat zou ons in staat kunnen stellen om de metabolische activiteit van de hersenen in realtime te volgen onder stressomstandigheden, zoals tijdens of vlak voor een aanval en kan worden gebruikt om aanvallen te voorspellen of om de behandeling te beoordelen, " zei pap.

De onderzoekers zijn nu van plan om de sensor te ontwikkelen om de metabole activiteit van menselijke cellen in realtime buiten het lichaam te volgen. De Bioelectronic Systems and Technologies-groep waar Pappa is gevestigd, is gericht op het ontwikkelen van modellen die onze organen nauw kunnen nabootsen, samen met technologieën die ze in realtime nauwkeurig kunnen beoordelen. De ontwikkelde sensortechnologie kan bij deze modellen worden gebruikt om de potentie of toxiciteit van medicijnen te testen.