I ricercatori KAUST hanno sviluppato un biosensore elettronico alimentato utilizzando il glucosio nei fluidi corporei. Il dispositivo accoppia un polimero trasportatore di elettroni con un enzima che estrae gli elettroni dalla sua reazione con il glucosio per guidare i suoi circuiti. Il biosensore in plastica potrebbe fungere da monitoraggio continuo dei principali indicatori di salute, come i livelli di zucchero nel sangue nei pazienti diabetici.

"Presto, l'individuazione accurata e precoce delle anomalie del metabolismo è di fondamentale importanza per monitorare, controllare e prevenire molte malattie, compreso il diabete, "dice David Ohayon, un dottorato di ricerca studente nel laboratorio di Sahika Inal che ha guidato la ricerca con il collega post-dottorato Georgios Nikiforidis. "Gli odierni monitor per la glicemia si limitano principalmente a dispositivi per pungere il dito, che spesso sono dolorose, " dice. Sono in fase di sviluppo dispositivi impiantabili per il rilevamento del glucosio, ma le loro batterie complicano l'impianto e devono essere eventualmente ricaricate o sostituite.

Una tecnologia alternativa ideale sarebbe costituita da biosensori polimerici impiantabili in grado di autoalimentarsi utilizzando le molecole che li circondano.

Inal e il suo team hanno trovato un polimero, sintetizzato dal team di Iain McCulloch alla KAUST, che sembra perfettamente adatto al compito. "Il polimero è un semiconduttore di tipo n, il che significa che può accettare e trasportare elettroni lungo la sua spina dorsale, " dice Ohayon. Il polimero è accoppiato con l'enzima glucosio ossidasi, che estrae ossidativamente gli elettroni dalla sua reazione con il glucosio.

Generalmente, un terzo componente è necessario per trasportare gli elettroni dall'enzima al polimero. "Questi mediatori sono spesso tossici e devono essere immobilizzati sulla superficie dell'elettrodo, che complica la miniaturizzazione del dispositivo e ne riduce la durata, " dice Ohayon.

Il nuovo polimero non ha bisogno di tale mediatore. "Il nostro polimero sembra essere in grado di ospitare l'enzima in una tale vicinanza da consentire una comunicazione elettrica efficiente tra il centro attivo e la spina dorsale del polimero". Le catene laterali del glicole etilenico del polimero sono probabilmente la chiave dell'interazione, un'ipotesi attualmente allo studio in collaborazione con il gruppo di Enzo di Fabrizo al KAUST.

Il team ha utilizzato questo materiale polimerico di tipo n in un transistor per rilevare i livelli di glucosio nella saliva e anche come metà di una cella a combustibile interamente polimerica che utilizza il glucosio come fonte di energia per azionare il dispositivo. "Questa cella a combustibile è la prima dimostrazione di un sistema completamente in plastica, dispositivo di generazione di energia elettrocatalitica a base di enzimi che opera in mezzi fisiologicamente rilevanti, "dice Inal.

"Il rilevamento del glucosio e la generazione di energia sono solo due esempi delle applicazioni possibili quando un polimero sintetico comunica efficacemente con una glucosio ossidasi simile a un enzima catalitico, " Inal aggiunge. "Il nostro obiettivo principale era quello di mostrare la chimica versatile e le nuove applicazioni di questa speciale acqua stabile, classe dei polimeri, che mostra conduzione mista (ionica ed elettronica)."

Lo studio è pubblicato su Materiali della natura .