En teknik som gör det möjligt för biologiskt aktiva enzymer att överleva påfrestningarna med bläckstråleutskrift utgör ett lovande alternativ till rutinmässiga blodscreeningsfingerstick för diabetiska blodsockernivåer. Det KAUST-ledda teamet använde detta tillvägagångssätt för att tillverka engångsapparater som kan mäta glukoskoncentrationer i mänsklig saliv.

Remsor av pH-känsligt papper används vanligtvis för att testa om en vätska är sur eller alkalisk. Forskare arbetar nu med att tillämpa liknande principer för att skapa papperssensorer som snabbt indikerar sjukdomsbiomarkörer. Nyckeln till detta tillvägagångssätt är att ersätta traditionella elektroniska kretsar i sensorerna med billiga plaster som kan tillverkas snabbt och i stora kvantiteter.

Biovetaren Sahika Inal samarbetade med elektroingenjören Khaled Salama och materialvetaren Derya Baran för att använda bläckstråleteknik för att producera sensorer som är känsliga för små sockerkoncentrationer i biovätskor.

Använda ett kommersiellt bläck tillverkat av ledande polymerer, teamet tryckte elektrodmönster i mikroskala på blanka pappersark. Nästa, de tryckte ett avkänningsskikt som innehöll ett enzym, glukosoxidas, ovanpå de små elektroderna. Den biokemiska reaktionen mellan tillgängligt glukos och enzymet skapar elektriska signaler som lätt kan korreleras till blodsockernivåerna.

"Papper är poröst, vilket gör det utmanande att skriva ut ledande och biologiska bläck som är lösta i vatten, " säger Eloise Bihar, en postdoktor vid KAUST och studiens första författare. "Att skriva ut enzymet är knepigt, likaså – den är känslig för temperaturvariationer, spänningen som appliceras på patronen, och bläckets pH."

Efter att ha optimerat enzymutskriftsförhållandena, forskarna hade ytterligare ett hinder att ta sig an. Medan vätskor, som svett eller saliv, innehåller tillräckligt med socker för övervakning, de innehåller också molekyler, såsom askorbinsyra, som stör elektriskt ledande polymerer. Att belägga sensorn med ett nafion-polymermembran som stöter bort de negativa laddningarna som finns i de flesta störande arter möjliggjorde mätning av endast relevanta glukosnivåer i salivprover från frivilliga.

Experiment visade att toppbeläggningen gav sensorn en aldrig tidigare skådad hållbarhet – enzymet kunde hållas vid liv och aktivt i en månad om det förvaras i en förseglad påse. Dessa resultat uppmuntrar teamet att utöka kapaciteten för detta tillvägagångssätt genom att införliva olika enzymer i avkänningsskiktet.

"Optimering slutar aldrig i ingenjörskonst, så vi försöker göra detta system mer robust för att detektera andra metaboliter i biovätskor, " säger Inal. "Vi funderar också på att integrera tryckta och självdrivna energienheter i sensorerna, ger oss en mer användarvänlig plattform som eliminerar externa batterier eller kablar."