Een techniek waarmee biologisch actieve enzymen de ontberingen van inkjetprinten kunnen overleven, vormt een veelbelovend alternatief voor routinematige bloedscreening van vingerprikken voor diabetische bloedsuikerspiegels. Het door KAUST geleide team gebruikte deze aanpak om wegwerpapparaten te maken die glucoseconcentraties in menselijk speeksel kunnen meten.

Vaak worden stroken pH-gevoelig papier gebruikt om te testen of een vloeistof zuur of alkalisch is. Onderzoekers werken nu aan het toepassen van vergelijkbare principes om papieren sensoren te maken die snel biomarkers voor ziekten aangeven. De sleutel tot deze aanpak is het vervangen van traditionele elektronische circuits in de sensoren door goedkope kunststoffen die snel en in grote hoeveelheden kunnen worden vervaardigd.

Biowetenschapper Sahika Inal werkte samen met elektrotechnisch ingenieur Khaled Salama en materiaalwetenschapper Derya Baran om inkjettechnologie te gebruiken om sensoren te produceren die gevoelig zijn voor kleine suikerconcentraties in biovloeistoffen.

Gebruikmakend van een commerciële inkt gemaakt van geleidende polymeren, het team drukte elektrodepatronen op microschaal af op glanzende vellen papier. Volgende, ze hebben een sensorlaag geprint die een enzym bevat, glucose-oxidase, bovenop de kleine elektroden. De biochemische reactie tussen beschikbare glucose en het enzym creëert elektrische signalen die gemakkelijk gecorreleerd zijn aan de bloedsuikerspiegel.

"Papier is poreus, waardoor het een uitdaging is om geleidende en biologische inkten te printen die zijn opgelost in water, " zegt Eloise Bihar, een postdoctoraal onderzoeker bij KAUST en de eerste auteur van de studie. "Het enzym printen is lastig, ook - het is gevoelig voor temperatuurschommelingen, de spanning die op de cartridge wordt toegepast, en de pH van de inkt."

Na het optimaliseren van de enzym-printcondities, de onderzoekers hadden nog een obstakel te overwinnen. Terwijl vloeistoffen, zoals zweet of speeksel, voldoende suiker bevatten voor controledoeleinden, ze bevatten ook moleculen, zoals ascorbinezuur, die elektrisch interfereren met geleidende polymeren. Door de sensor te coaten met een nafionpolymeermembraan dat de negatieve ladingen van de meeste storende soorten afstoot, konden alleen de relevante glucosespiegels in speekselmonsters van vrijwilligers worden gemeten.

Experimenten toonden aan dat de topcoating de sensor een ongekende houdbaarheid gaf - het enzym kon een maand lang levend en actief worden gehouden als het in een verzegelde zak werd bewaard. Deze resultaten moedigen het team aan om de mogelijkheden van deze aanpak uit te breiden door verschillende enzymen in de detectielaag op te nemen.

"Optimalisatie eindigt nooit in engineering, dus we proberen dit systeem robuuster te maken om andere metabolieten in biovloeistoffen te detecteren, ", zegt Inal. "We zijn ook op zoek om geprinte en zelfaangedreven energieapparaten in de sensoren te integreren, waardoor we een gebruiksvriendelijker platform hebben dat externe batterijen of draden elimineert."