Transparenta biosensorer inbäddade i kontaktlinser kan snart tillåta läkare och patienter att övervaka blodsockernivåer och en mängd andra tecken på sjukdom utan invasiva tester. Forskare säger att de bioavkännande linserna, baserad på teknik som ledde till utvecklingen av smartphones med mer levande skärmar, skulle också potentiellt kunna användas för att spåra droganvändning eller fungera som ett tidigt upptäcktssystem för cancer och andra allvarliga medicinska tillstånd.

Forskarna kommer att presentera sitt arbete idag vid American Chemical Societys (ACS) 253:e nationella möte och utställning.

"Dessa biosensorer kommer förmodligen inte att sätta blodlaboratorier i konkurs, " säger Gregory S. Herman, Ph.D. "Men jag tror att vi kan göra mycket diagnostik med hjälp av information som kan extraheras från tårdroppar i ögat."

Herman tänkte först på att använda biosensing när han arbetade i industrin. Där, han och två kollegor uppfann en förening bestående av indiumgalliumzinkoxid (IGZO). Denna halvledare revolutionerade elektroniken, erbjuda konsumenter skärmar med högre upplösning på tv-apparater, smartphones och surfplattor samtidigt som du sparar ström och förbättrar pekskärmens känslighet.

Efter att han flyttade till Oregon State University 2009, Herman började undersöka denna tekniks biomedicinska tillämpningar. Särskilt, han ville hitta ett sätt att hjälpa personer med diabetes att kontinuerligt övervaka sina blodsockernivåer mer effektivt med hjälp av bioavkännande kontaktlinser.

Kontinuerlig glukosövervakning - istället för stick-and-test-metoden - hjälper till att minska risken för diabetesrelaterade hälsoproblem, säger Herman. Men de flesta system för kontinuerlig glukosövervakning kräver att elektroder sätts in på olika ställen under huden. Detta kan vara smärtsamt, och elektroderna kan orsaka hudirritation eller infektioner.

Herman säger att bioavkännande kontaktlinser kan eliminera många av dessa problem och förbättra efterlevnaden eftersom användarna enkelt kan byta ut dem dagligen. Och, till skillnad från elektroder på huden, de är osynliga, vilket kan hjälpa användare att känna sig mindre självmedvetna om att använda dem.

För att testa denna idé, Herman och hans kollegor utvecklade först en billig metod för att tillverka IGZO-elektronik. Sedan, de använde metoden för att tillverka en biosensor innehållande ett transparent ark av IGZO-fälteffekttransistorer och glukosoxidas, ett enzym som bryter ner glukos. När de tillsatte glukos till blandningen, enzymet oxiderade blodsockret. Som ett resultat, pH-nivån i blandningen förändrades och, i tur och ordning, utlösta förändringar i den elektriska strömmen som flyter genom IGZO-transistorn.

I konventionella biosensorer, dessa elektriska förändringar skulle användas för att mäta glukoskoncentrationerna i interstitiell vätska under en patients hud. Men glukoskoncentrationerna är mycket lägre i ögat. Så alla biosensorer som är inbäddade i kontaktlinser måste vara mycket känsligare. För att lösa detta problem, forskarna skapade nanostrukturer inom IGZO-biosensorn som kunde detektera glukoskoncentrationer som var mycket lägre än i tårar.

I teorin, Herman säger mer än 2, 500 biosensorer - var och en mäter olika kroppsfunktioner - skulle kunna bäddas in i en 1-millimeters kvadratisk lapp av en IGZO-kontaktlins. När de väl är färdigutvecklade, Herman säger, biosensorerna kan överföra viktig hälsoinformation till smartphones och andra Wi-Fi- eller Bluetooth-aktiverade enheter.

Hermans team har redan använt IGZO-systemet i katetrar för att mäta urinsyra, en nyckelindikator på njurfunktion, och undersöker möjligheten att använda den för tidig upptäckt av cancer och andra allvarliga tillstånd. Dock, Herman säger att det kan ta ett år eller mer innan en prototyp av bioavkännande kontaktlins är redo för djurförsök.