En elektronisk biosensor som drivs av glukos i kroppsvätskor har utvecklats av KAUST-forskare. Enheten parar en elektrontransporterande polymer med ett enzym som extraherar elektroner från sin reaktion med glukos för att driva dess kretsar. Biosensorn av plast kan fungera som en kontinuerlig övervakning av viktiga hälsoindikatorer, såsom blodsockernivåer hos diabetespatienter.

"Snabbt, noggrann och tidig upptäckt av abnormiteter i ämnesomsättningen är av yttersta vikt att övervaka, kontrollera och förebygga många sjukdomar, inklusive diabetes, " säger David Ohayon, en doktorsexamen student i Sahika Inals labb som ledde forskningen tillsammans med postdoktorn Georgios Nikiforidis. "Dagens glukosmonitorer är huvudsakligen begränsade till fingerprickande enheter, som ofta är smärtsamma, " säger han. Implanterbara glukosavkännande enheter håller på att utvecklas, men deras batterier komplicerar implantation och måste så småningom laddas eller bytas ut.

En idealisk alternativ teknik skulle vara implanterbara polymerbiosensorer som kan driva sig själva med hjälp av molekyler runt dem.

Inal och hennes team har hittat en polymer – syntetiserad av Iain McCullochs team på KAUST – som verkar vara perfekt lämpad för uppgiften. "Polymeren är en halvledare av n-typ, vilket betyder att den kan acceptera och transportera elektroner längs sin ryggrad, Ohayon säger. Polymeren är kopplad med enzymet glukosoxidas, som oxidativt extraherar elektroner från sin reaktion med glukos.

Vanligtvis, en tredje komponent krävs för att överföra elektronerna från enzym till polymer. "Dessa mediatorer är ofta giftiga och måste immobiliseras på elektrodytan, vilket komplicerar enhetens miniatyrisering och förkortar livslängden, " säger Ohayon.

Den nya polymeren behöver ingen sådan mediator. "Vår polymer verkar kunna vara värd för enzymet i en sådan närhet att det möjliggör effektiv elektrisk kommunikation mellan det aktiva centrumet och polymerstommen." Polymerens etylenglykolsidokedjor är förmodligen nyckeln till interaktionen, en hypotes som just nu undersöks i samarbete med Enzo di Fabrizos grupp på KAUST.

Teamet använde detta polymermaterial av n-typ i en transistor för att känna av glukosnivåer i saliv och även som halvan av en helt polymerbränslecell som använder glukos som energikälla för att driva enheten. "Denna bränslecell är den första demonstrationen av en helt plastig, enzymbaserad elektrokatalytisk energigenereringsanordning som arbetar i fysiologiskt relevanta medier, säger Inal.

"Glukosavkänning och kraftgenerering är bara två exempel på de applikationer som är möjliga när en syntetisk polymer kommunicerar effektivt med ett katalytiskt enzymliknande glukosoxidas, " Inal tillägger. "Vårt huvudsakliga mål var att visa den mångsidiga kemin och nya tillämpningar av detta speciella vattenstall, polymerklass, som uppvisar blandad ledning (jonisk och elektronisk)."

Studien publiceras i Naturmaterial .