На замену глюкометру: новый бумажный датчик определит уровень глюкозы по анализу слюны

Технология "ферментной печати" помогла учёным создать недорогие и простые в использовании бумажные датчики для контроля уровня глюкозы.

Фото KAUST.

Глюкометр – постоянный спутник большинства пациентов с сахарным диабетом. Это прибор, который позволяет ежедневно и неоднократно измерять уровень глюкозы в крови. Однако учёные уверены, что для получения нужных сведений пациенту вовсе не обязательно постоянно прокалывать кожу (это необходимо делать, чтобы собрать хотя бы каплю крови для глюкометра).

На смену классическим глюкометрам приходят специальные пластыри, датчики в виде временных татуировок и даже "умные" контактные линзы. Впрочем, все они пока находятся на разных стадиях разработки и так и не были внедрены в широкую практику.

Ещё один альтернативный метод представили исследователи из Саудовской Аравии. Они создали технологию, которая позволяет биологически активным ферментам "пережить все трудности" струйной печати. Благодаря ей специалисты также разработали одноразовое устройство, при помощи которого можно измерить концентрацию глюкозы в человеческой слюне.

Напомним, что химики и медики часто используют для разного рода анализов индикаторы. Самый распространённый из них – лакмусовая бумага. Это полоски рН-чувствительной бумаги, при помощи которой можно проверить, является ли жидкость в большей степени кислой или щелочной.

Учёные решили создать бумажные "датчики", которые по схожему принципу будут выявлять тот или иной биомаркер определённого заболевания. Для этого, по их словам, нужно заменить традиционные электронные схемы, которые используются в гибких устройствах, на недорогие пластмассы. Процесс изготовления последних не требует больших затрат, зато осуществляется с высокой скоростью.

Эта работа объединила биологов, инженеров и материаловедов. Они использовали технологию струйной печати для создания датчиков, чувствительных к небольшим концентрациям сахара в биологических жидкостях.

Используя коммерчески доступные чернила, изготовленные из проводящих полимеров, команда сперва напечатала микромасштабные электродные рисунки на листах глянцевой бумаги.

На следующем этапе исследователи напечатали поверх крошечных электродов чувствительный слой, содержащий фермент под названием глюкозооксидаза. В ходе биохимической реакции, в которую вступает глюкоза и этот фермент, порождаются электрические сигналы, параметры которых зависят от уровня сахара в крови. Генерируемый сигнал считывает отдельное устройство, оно и выдаёт конечный результат.

Специалисты отмечают важный нюанс. Хотя биологические жидкости (такие как слюна или пот) содержат достаточно сахара для мониторинга, в них также присутствуют молекулы, которые "электрически мешают" проводящим полимерам.

Чтобы избежать искажения результатов скрининга, учёные покрыли датчик полимерной электролитической мембраной из нафиона – синтетического полимера с ионными свойствами. Такая мембрана отталкивает отрицательно заряженные молекулы, благодаря чему по образцам слюны можно измерить концентрацию глюкозы с высокой точностью.

Также разработчики уточняют, что уникальное нафионовое покрытие продлевает срок годности бумажного датчика. Фермент может оставаться активным в течение месяца, если устройство хранить в запечатанном пакете.

Вдохновлённые таким результатом, исследователи намерены в дальнейшем расширить возможности "ферментной печати" и использовать другие биологически активные вещества для создания чувствительного слоя. Таким образом можно будет контролировать концентрацию целого ряда биомаркеров. Подобные датчики смогут стать недорогой и простой в применении альтернативой для пациентов.

"Оптимизация в инженерии [может быть] бесконечной, поэтому мы пытаемся сделать эту систему более надёжной для обнаружения других метаболитов в биологических жидкостях. Мы также стремимся интегрировать печатные и автономные устройства питания в датчики, что позволит создать удобную [скрининговую] платформу", – заключает руководитель проекта Сахика Инал (Sahika Inal).

Более подробно об этой разработке рассказывается в статье, опубликованной в издании npj Flexible Electronics.

Добавим, что сегодня исследователи стремятся облегчить жизнь диабетиков и другими способами, ведь такие пациенты вынуждены не только постоянно измерять уровень глюкозы, но и делать не менее болезненные инъекции инсулина. Заменить уколы в скором времени могут "инсулиновые таблетки", а также имплантат, который "настраивает" выработку гормона после чашки кофе. Также авторы проекта "Вести.Наука" (nauka.vesti.ru) рассказывали о том, как можно было бы сократить количество инъекций инсулина до одной в месяц.