(Phys.org) -- Onderzoekers hebben een nieuw type biosensor gemaakt die minuscule glucoseconcentraties in speeksel kan detecteren, tranen en urine en kan tegen lage kosten worden vervaardigd omdat er niet veel verwerkingsstappen nodig zijn om te produceren.

"Het is een inherent niet-invasieve manier om het glucosegehalte in het lichaam te schatten, " zei Jonathan Claussen, een voormalige doctoraatsstudent aan de Purdue University en nu een onderzoekswetenschapper aan het U.S. Naval Research Laboratory. "Omdat het glucose in het speeksel en tranen kan detecteren, het is een platform dat uiteindelijk kan helpen bij het elimineren of verminderen van de frequentie van het gebruik van speldenprikken voor diabetestests. We bewijzen de functionaliteit ervan."

Claussen en Purdue promovendus Anurag Kumar leidde het project, werken met Timothy Fisher, een Purdue-hoogleraar werktuigbouwkunde; D. Marshall Porterfield, een professor in landbouw- en biologische technologie; en andere onderzoekers van het Birck Nanotechnology Center van de universiteit.

De bevindingen worden gedetailleerd beschreven in een onderzoekspaper die deze week in het tijdschrift wordt gepubliceerd Geavanceerde functionele materialen .

"De meeste sensoren meten meestal glucose in bloed, " zei Claussen. "Velen in de literatuur kunnen geen glucose detecteren in tranen en het speeksel. Wat uniek is, is dat we in alle vier de verschillende menselijke serums kunnen voelen:het speeksel, bloed, tranen en urine. En dat is nog niet eerder aangetoond."

De krant, op de omslag van het tijdschrift, is geschreven door Claussen, Kumar, Visser, Porterfield en Purdue-onderzoekers David B. Jaroch, M. Haseeb Khawaja en Allison B. Hibbard.

De sensor bestaat uit drie hoofdonderdelen:lagen nanosheets die lijken op kleine rozenblaadjes, gemaakt van een materiaal dat grafeen wordt genoemd, dat is een koolstoffilm van één atoom dik; platina nanodeeltjes; en het enzym glucose-oxidase.

Elk bloemblad bevat een paar lagen gestapeld grafeen. De randen van de bloembladen hebben bungelende, onvolledige chemische bindingen, defecten waar platina nanodeeltjes zich kunnen hechten. Elektroden worden gevormd door de nanobladbloemblaadjes en platina-nanodeeltjes te combineren. Vervolgens hecht het glucose-oxidase zich aan de platina-nanodeeltjes. Het enzym zet glucose om in peroxide, die een signaal op de elektrode genereert.

"Typisch, als je een nanogestructureerde biosensor wilt maken, moet je veel verwerkingsstappen gebruiken voordat je het uiteindelijke biosensorproduct bereikt, " zei Kumar. "Dat omvat lithografie, chemische verwerking, etsen en andere stappen. Het goede aan deze bloembladen is dat ze op vrijwel elk oppervlak kunnen worden gekweekt, en we hoeven geen van deze stappen te gebruiken, dus het zou ideaal kunnen zijn voor commercialisering."

Naast diabetestesten, de technologie kan worden gebruikt voor het detecteren van een verscheidenheid aan chemische verbindingen om te testen op andere medische aandoeningen.

"Omdat we in dit werk het enzym glucose-oxidase hebben gebruikt, het is afgestemd op diabetes, " zei Claussen. "Maar we kunnen dat enzym gewoon verwisselen met, bijvoorbeeld, glutemaatoxidase, om de neurotransmitter glutamaat te meten om te testen op Parkinson en Alzheimer, of ethanoloxidase om het alcoholgehalte te controleren voor een blaastest. Het is zeer veelzijdig, snel en draagbaar."

De technologie kan glucose detecteren in concentraties zo laag als 0,3 micromolair, veel gevoeliger dan andere elektrochemische biosensoren op basis van grafeen of grafiet, koolstof nanobuisjes en metalen nanodeeltjes, Claussen zei:

"Dit zijn de eerste bevindingen die zo'n lage detectielimiet rapporteren en, tegelijkertijd, zo'n groot detectiebereik, " hij zei.

De sensor kan onderscheid maken tussen glucose en signalen van andere verbindingen die vaak storing in sensoren veroorzaken:urinezuur, ascorbinezuur en paracetamol, die vaak in het bloed worden aangetroffen. In tegenstelling tot glucose, van die verbindingen wordt gezegd dat ze elektroactief zijn, wat betekent dat ze een elektrisch signaal genereren zonder de aanwezigheid van een enzym.

Glucose op zichzelf genereert geen signaal, maar moet eerst reageren met het enzym glucose-oxidase. Glucose-oxidase wordt gebruikt in commerciële diabetesteststrips voor conventionele diabetesmeters die glucose meten met een vingerspeldenprik.