I biosensori trasparenti incorporati nelle lenti a contatto potrebbero presto consentire a medici e pazienti di monitorare i livelli di glucosio nel sangue e una serie di altri segni rivelatori di malattia senza test invasivi. Gli scienziati dicono che le lenti biosensibili, basata sulla tecnologia che ha portato allo sviluppo di smartphone con display più vividi, potrebbe anche essere potenzialmente utilizzato per monitorare l'uso di droghe o servire come sistema di diagnosi precoce per il cancro e altre gravi condizioni mediche.

I ricercatori presenteranno oggi il loro lavoro al 253° National Meeting &Exposition dell'American Chemical Society (ACS).

"Probabilmente questi biosensori non faranno fallire i laboratori di analisi del sangue, "dice Gregory S. Herman, dottorato di ricerca "Ma penso che possiamo fare un sacco di diagnosi usando le informazioni che possono essere estratte dalle lacrime negli occhi".

Herman concepì per la prima volta di utilizzare il biosensore mentre lavorava nell'industria. Là, lui e due colleghi hanno inventato un composto composto da ossido di zinco indio gallio (IGZO). Questo semiconduttore ha rivoluzionato l'elettronica, offrendo ai consumatori schermi a risoluzione più elevata sui televisori, smartphone e tablet risparmiando energia e migliorando la sensibilità del touch-screen.

Dopo essersi trasferito alla Oregon State University nel 2009, Herman iniziò a studiare le applicazioni biomediche di questa tecnologia. In particolare, voleva trovare un modo per aiutare le persone con diabete a monitorare continuamente i loro livelli di glucosio nel sangue in modo più efficiente utilizzando lenti a contatto biosensibili.

Il monitoraggio continuo del glucosio - invece dell'approccio prick-and-test - aiuta a ridurre il rischio di problemi di salute legati al diabete, dice Herman. Ma la maggior parte dei sistemi di monitoraggio continuo del glucosio richiede l'inserimento di elettrodi in vari punti sotto la pelle. Questo può essere doloroso, e gli elettrodi possono causare irritazioni o infezioni alla pelle.

Herman afferma che le lenti a contatto biosensibili potrebbero eliminare molti di questi problemi e migliorare la conformità poiché gli utenti possono facilmente sostituirle su base giornaliera. E, a differenza degli elettrodi sulla pelle, sono invisibili, che potrebbe aiutare gli utenti a sentirsi meno impacciati nell'usarli.

Per testare questa idea, Herman e i suoi colleghi hanno prima sviluppato un metodo economico per realizzare l'elettronica IGZO. Quindi, hanno usato l'approccio per fabbricare un biosensore contenente un foglio trasparente di transistor ad effetto di campo IGZO e glucosio ossidasi, un enzima che scompone il glucosio. Quando hanno aggiunto il glucosio alla miscela, l'enzima ha ossidato lo zucchero nel sangue. Di conseguenza, il livello di pH nella miscela si è spostato e, a sua volta, innescato cambiamenti nella corrente elettrica che scorre attraverso il transistor IGZO.

Nei biosensori convenzionali, questi cambiamenti elettrici sarebbero usati per misurare le concentrazioni di glucosio nel liquido interstiziale sotto la pelle di un paziente. Ma le concentrazioni di glucosio sono molto più basse negli occhi. Quindi qualsiasi biosensore incorporato nelle lenti a contatto dovrà essere molto più sensibile. Per affrontare questo problema, i ricercatori hanno creato nanostrutture all'interno del biosensore IGZO in grado di rilevare concentrazioni di glucosio molto inferiori a quelle riscontrate nelle lacrime.

In teoria, Herman dice più di 2, 500 biosensori, ciascuno dei quali misura una diversa funzione corporea, potrebbero essere incorporati in un cerotto quadrato di 1 millimetro di una lente a contatto IGZO. Una volta che sono completamente sviluppati, Herman dice, i biosensori potrebbero trasmettere informazioni sanitarie vitali a smartphone e altri dispositivi Wi-Fi o Bluetooth.

Il team di Herman ha già utilizzato il sistema IGZO nei cateteri per misurare l'acido urico, un indicatore chiave della funzione renale, e sta esplorando la possibilità di utilizzarlo per la diagnosi precoce del cancro e di altre gravi condizioni. Però, Herman dice che potrebbe passare un anno o più prima che un prototipo di lente a contatto biosensibile sia pronto per i test sugli animali.