Trots banbrytande diabetesforskning under det senaste århundradet, personer med diabetes måste fortfarande förlita sig på att få blodprover för att övervaka sina sockernivåer. Daglig glukosövervakning genom att spåra blodsockernivåer är avgörande för att hantera både diabetes typ 1 och typ 2, Men den nuvarande metoden – fingerstick – är invasiv och kan bli betungande med hur ofta den behöver göras.

Sedan 2014, flashglukosmätning introducerades först i Europa och denna metod använder en liten, vattenresistent sensor applicerad på baksidan av överarmen. Jämfört med fingerpricksmonitor, detta tillvägagångssätt är bekvämare men dessa sensorer har kända noggrannhetsproblem och vissa kan misslyckas helt.

I strävan efter att eliminera invasiv glukosövervakning för personer med diabetes, forskning ledd av Wenyu Gao, en Ph.D. student vid Institutionen för kemi vid University of Waterloo, utforskar att använda saliv istället för blod för att övervaka glukosnivåerna.

Arbetar i forskningslabbet hos professor Kam Tong Leung, Gao utvecklade en prototypsensor som använder nanomaterial för att testa sockernivån i salivprover. Även om saliv innehåller flera komponenter som måste separeras innan testning, Noggrannheten hos en salivbaserad sensor är över 95 % jämfört med resultatet av ett kommersiellt system för blodsockerövervakning.

Gaos prototyp salivsensor använder nanomaterial av koppar som är förankrade på en baslist gjord av grafenark. Grafen är ett billigt kolmaterial som i allmänhet inte reagerar med andra föreningar. "Grafenremsor är tunna och flexibla precis som papper, så att du kan lägga materialet på toppen och det är fortfarande flexibelt, " säger Gao. "Det är ett lovande substrat för biosensorer."

Kopparnanomaterialen förankrade till grafen finns i tre lager, i en kärna-skal-struktur gjord av Cu, Cu2O, och CuO. I denna salivsensor, glukos reagerar med Cu2O-skiktet och ändrar antalet elektroner i kopparatomen. Detta ändrar den elektriska strömmen proportionellt mot mängden närvarande glukos, som sedan kan mätas som en blodsockernivå.

Förutom att lindra smärtan i samband med kommersiella produkter för att ta blodprover, det finns ytterligare en fördel med att utveckla alternativ med nanomaterial. "För närvarande, kommersiella produkter är baserade på enzymer som glukosoxidaser, vilket begränsar hållbarheten för dessa produkter till bara några månader, " säger Gao. "Enzymer är biologiska katalysatorer som lätt påverkas av den föränderliga miljön, får dem att förlora sin aktivitet. Vi vill ändra dessa produkter till nanomaterial, som kan hålla längre."

Forskargruppen jämförde sin salivglukossensor med andra enzymatiska och icke-enzymatiska glukossensorer som finns tillgängliga för närvarande. De fann att deras icke-enzymatiska sensor har ett bredare spektrum av glukosnivåer den kan upptäcka och en högre känslighet, vilket innebär att den kan upptäcka mindre mängder glukos mer effektivt.

I det vetenskapliga samfundet, framsteg är ofta beroende av samarbete och partnerskap, och det här projektet är inte annorlunda. Som masterstudent, Gao studerade biosensorer vid Beijing Jiaotong University. Hon lockades av att studera sin doktorsexamen. med professor Leung vid University of Waterloo genom befintliga partnerskap mellan de två skolorna, ett intresse för att uppleva en annan kultur och att arbeta med ny vetenskaplig utrustning. Här, hon träffade Xiaojing Zhou, en gästprofessor från University of Newcastle, Australien som föreslog att man skulle använda en grafenremsa som bassubstrat.

"Mycket av det intressanta arbetet, inklusive Wenyus salivbaserade sensorer, förlita sig på fundamental kemi som förekommer vid ytan, ", säger professor Leung. "Tvådimensionella material som grafen lovar nya nanoteknologiska material som drar fördel av detta."

Även om resultaten av denna forskning är lovande, potentialen för kommersialisering är troligen fortfarande flera år bort. Det finns några utmaningar som ska bearbetas i metoden. Till exempel, reaktionen måste utföras i en lösning med högt pH för att säkerställa att kopparnanomaterialet kan oxideras. Eftersom saliv har ett ungefär neutralt pH, det kan inte testas direkt och det måste först tillsättas till en bas som natriumhydroxid. Också, förutom glukos finns det andra föreningar i saliv som glukosen måste separeras från innan reaktionen kan utföras exakt. Ändå, Gao är fortfarande optimistisk om framtiden för detta tillvägagångssätt.

"Vi har fortfarande en lång väg att gå, men jag tror att vi i framtiden fortfarande kan lösa dessa problem steg för steg."