Nonostante la rivoluzionaria ricerca sul diabete nel secolo scorso, le persone con diabete devono ancora fare affidamento sull'ottenimento di campioni di sangue per monitorare i loro livelli di zucchero. Il monitoraggio giornaliero del glucosio monitorando i livelli di zucchero nel sangue è essenziale per la gestione del diabete di tipo 1 e 2, tuttavia l'attuale metodo, la puntura del dito, è invasivo e può diventare gravoso con la frequenza con cui deve essere eseguito.

Dal 2014, il monitoraggio flash del glucosio è stato introdotto per la prima volta in Europa e questo metodo utilizza un piccolo, sensore impermeabile applicato alla parte posteriore del braccio superiore. Rispetto al monitor per la puntura delle dita, questo approccio è più conveniente, ma questi sensori hanno problemi di precisione noti e alcuni potrebbero fallire del tutto.

Nel tentativo di eliminare il monitoraggio invasivo del glucosio per le persone con diabete, ricerca guidata da Wenyu Gao, un dottorato di ricerca studente presso il Dipartimento di Chimica dell'Università di Waterloo, esplora usando la saliva invece del sangue per monitorare i livelli di glucosio.

Lavorando nel laboratorio di ricerca del professor Kam Tong Leung, Gao ha sviluppato un prototipo di sensore che utilizza nanomateriali per testare il livello di zucchero nei campioni di saliva. Anche se la saliva contiene più componenti che devono essere separati prima del test, l'accuratezza del sensore basato sulla saliva è superiore al 95% rispetto al risultato del sistema di monitoraggio della glicemia commerciale.

Il prototipo di sensore di saliva di Gao utilizza nanomateriali di rame che sono ancorati su una striscia di base costituita da un foglio di grafene. Il grafene è un materiale di carbonio poco costoso che generalmente non reagisce con altri composti. "Le strisce di grafene sono sottili e flessibili proprio come la carta, così puoi depositare i materiali sulla parte superiore ed è ancora flessibile, " dice Gao. "È un substrato promettente nei biosensori".

I nanomateriali di rame ancorati al grafene sono presenti in tre strati, in una struttura core-shell in Cu, Cu2O, e CuO. In questo sensore di saliva, il glucosio reagisce con lo strato Cu2O modificando il numero di elettroni nell'atomo di rame. Questo cambia la corrente elettrica proporzionale alla quantità di glucosio presente, che può quindi essere misurato come livello di zucchero nel sangue.

Oltre ad alleviare il dolore associato ai prodotti commerciali per il prelievo di campioni di sangue, c'è un altro vantaggio nello sviluppo di opzioni che utilizzano i nanomateriali. "Attualmente, prodotti commerciali si basano su enzimi come la glucosio ossidasi, che limita la durata di conservazione di questi prodotti a pochi mesi, " dice Gao. "Gli enzimi sono catalizzatori biologici che sono facilmente influenzati dall'ambiente che cambia, facendogli perdere la loro attività. Vogliamo trasformare questi prodotti in nanomateriali, che può durare più a lungo."

Il team di ricerca ha confrontato il proprio sensore di glucosio nella saliva con altri sensori di glucosio enzimatici e non enzimatici attualmente disponibili. Hanno scoperto che il loro sensore non enzimatico ha una gamma più ampia di livelli di glucosio che può rilevare e una maggiore sensibilità, il che significa che è in grado di rilevare quantità minori di glucosio in modo più efficace.

Nella comunità scientifica, il progresso dipende spesso dalla collaborazione e dai partenariati, e questo progetto non è diverso. Come studente di master, Gao ha studiato biosensori all'Università Jiaotong di Pechino. Era attratta dallo studio del suo dottorato di ricerca. con il professor Leung presso l'Università di Waterloo attraverso le partnership esistenti tra le due scuole, un interesse per sperimentare un'altra cultura e lavorare con nuove attrezzature scientifiche. Qui, ha incontrato Xiaojing Zhou, un visiting professor dell'Università di Newcastle, Australia che ha proposto di utilizzare una striscia di grafene come substrato di base.

"Molto del lavoro interessante, compresi i sensori basati sulla saliva di Wenyu, si basano sulla chimica fondamentale che si verifica in superficie, " afferma il professor Leung. "I materiali bidimensionali come il grafene sono promettenti nuovi materiali nanotecnologici che ne traggono vantaggio".

Sebbene i risultati di questa ricerca siano promettenti, il potenziale per la commercializzazione è ancora probabilmente lontano diversi anni. Ci sono alcune sfide da risolvere nel metodo. Ad esempio, la reazione deve essere condotta in una soluzione a pH elevato per garantire che il nanomateriale di rame possa essere ossidato. Poiché la saliva ha un pH approssimativamente neutro, non può essere testato direttamente e deve prima essere aggiunto a una base come l'idrossido di sodio. Anche, oltre al glucosio ci sono altri composti nella saliva da cui il glucosio deve essere separato prima che la reazione possa essere eseguita con precisione. Ciò nonostante, Gao rimane ottimista sul futuro di questo approccio.

"Abbiamo ancora molta strada da fare, ma penso che in futuro potremo ancora risolvere questi problemi passo dopo passo".