Un team internazionale di ricercatori ha sviluppato un sensore a basso costo realizzato in plastica semiconduttiva che può essere utilizzato per diagnosticare o monitorare un'ampia gamma di condizioni di salute, come complicanze chirurgiche o malattie neurodegenerative.

Il sensore può misurare la quantità di metaboliti critici, come lattato o glucosio, che sono presenti nel sudore, lacrime, saliva o sangue, e, quando incorporato in un dispositivo diagnostico, potrebbe consentire un rapido monitoraggio delle condizioni di salute, economico e preciso. Il nuovo dispositivo ha un design molto più semplice rispetto ai sensori esistenti, e apre una vasta gamma di nuove possibilità per il monitoraggio della salute fino al livello cellulare. I risultati sono riportati sulla rivista Progressi scientifici .

Il dispositivo è stato sviluppato da un team guidato dall'Università di Cambridge e dalla King Abdullah University of Science and Technology (KAUST) in Arabia Saudita. Le materie plastiche semiconduttrici come quelle utilizzate nel lavoro attuale sono in fase di sviluppo per l'uso nelle celle solari e nell'elettronica flessibile, ma non hanno ancora visto un uso diffuso nelle applicazioni biologiche.

"Nel nostro lavoro, abbiamo superato molti dei limiti dei biosensori elettrochimici convenzionali che incorporano enzimi come materiale di rilevamento, " ha detto l'autore principale Dr. Anna-Maria Pappa, un ricercatore post-dottorato presso il Dipartimento di Ingegneria Chimica e Biotecnologia di Cambridge. "Nei biosensori convenzionali, la comunicazione tra l'elettrodo del sensore e il materiale di rilevamento non è molto efficiente, quindi è stato necessario aggiungere fili molecolari per facilitare e "potenziare" il segnale".

Per costruire il loro sensore, Pappa e i suoi colleghi hanno utilizzato un polimero di nuova sintesi sviluppato all'Imperial College che funge da filo molecolare, accettando direttamente gli elettroni prodotti durante le reazioni elettrochimiche. Quando il materiale viene a contatto con un liquido come il sudore, lacrime o sangue, assorbe ioni e si gonfia, fondendosi con il liquido. Ciò porta a una sensibilità significativamente maggiore rispetto ai sensori tradizionali realizzati con elettrodi metallici.

Inoltre, quando i sensori sono incorporati in circuiti più complessi, come i transistor, il segnale può essere amplificato e rispondere a piccole fluttuazioni nella concentrazione del metabolita, nonostante le piccole dimensioni dei dispositivi.

I test iniziali dei sensori sono stati utilizzati per misurare i livelli di lattato, che è utile nelle applicazioni di fitness o per monitorare i pazienti dopo un intervento chirurgico. Però, secondo i ricercatori, il sensore può essere facilmente modificato per rilevare altri metaboliti, come glucosio o colesterolo incorporando l'enzima appropriato, e l'intervallo di concentrazione che il sensore può rilevare può essere regolato modificando la geometria del dispositivo.

"Questa è la prima volta che è stato possibile utilizzare un polimero che accetta gli elettroni che può essere adattato per migliorare la comunicazione con gli enzimi, che consente la rilevazione diretta di un metabolita:fino ad ora non è stato semplice, " ha detto Pappa. "Apre nuove direzioni nel biosensore, dove i materiali possono essere progettati per interagire con uno specifico metabolita, risultando in sensori molto più sensibili e selettivi."

Poiché il sensore non è costituito da metalli come oro o platino, può essere prodotto a un costo inferiore e può essere facilmente incorporato in substrati flessibili ed estensibili, consentendo la loro implementazione in applicazioni di rilevamento indossabili o impiantabili.

"Un dispositivo impiantabile potrebbe permetterci di monitorare l'attività metabolica del cervello in tempo reale in condizioni di stress, come durante o immediatamente prima di un attacco e potrebbe essere usato per prevedere gli attacchi o per valutare il trattamento, " disse Papà.

I ricercatori ora intendono sviluppare il sensore per monitorare l'attività metabolica delle cellule umane in tempo reale al di fuori del corpo. Il gruppo Bioelectronic Systems and Technologies in cui ha sede Pappa è focalizzato sullo sviluppo di modelli che possono imitare da vicino i nostri organi, insieme a tecnologie in grado di valutarli accuratamente in tempo reale. La tecnologia dei sensori sviluppata può essere utilizzata con questi modelli per testare la potenza o la tossicità dei farmaci.