Una tecnica che consente agli enzimi biologicamente attivi di sopravvivere ai rigori della stampa a getto d'inchiostro rappresenta un'alternativa promettente ai normali prelievi di sangue con le dita per i livelli di zucchero nel sangue dei diabetici. Il team guidato da KAUST ha utilizzato questo approccio per realizzare dispositivi monouso in grado di misurare le concentrazioni di glucosio nella saliva umana.

Le strisce di carta sensibile al pH vengono comunemente utilizzate per verificare se un liquido è acido o alcalino. I ricercatori stanno ora lavorando per applicare principi simili per creare sensori di carta che indichino rapidamente i biomarcatori della malattia. La chiave di questo approccio è sostituire i circuiti elettronici tradizionali nei sensori con plastiche a basso costo che possono essere prodotte rapidamente e in grandi quantità.

La bioscienziata Sahika Inal ha collaborato con l'ingegnere elettrico Khaled Salama e lo scienziato dei materiali Derya Baran per utilizzare la tecnologia a getto d'inchiostro per produrre sensori sensibili alle piccole concentrazioni di zucchero nei biofluidi.

Utilizzando un inchiostro commerciale a base di polimeri conduttori, il team ha stampato modelli di elettrodi in microscala su fogli di carta lucida. Prossimo, hanno stampato uno strato sensibile contenente un enzima, glucosio ossidasi, sopra i minuscoli elettrodi. La reazione biochimica tra il glucosio disponibile e l'enzima crea segnali elettrici facilmente correlati ai livelli di zucchero nel sangue.

"La carta è porosa, il che rende difficile stampare inchiostri conduttori e biologici disciolti in acqua, "dice Eloise Bihar, un ricercatore post-dottorato presso KAUST e il primo autore dello studio. "Stampare l'enzima è complicato, anche—è sensibile alle variazioni di temperatura, la tensione applicata alla cartuccia, e il pH dell'inchiostro."

Dopo aver ottimizzato le condizioni di stampa enzimatica, i ricercatori avevano un altro ostacolo da affrontare. Mentre i fluidi, come sudore o saliva, contengono zucchero a sufficienza per il monitoraggio, contengono anche molecole, come l'acido ascorbico, che interferiscono elettricamente con i polimeri conduttori. Rivestire il sensore con una membrana polimerica nafion che respinge le cariche negative presenti nella maggior parte delle specie interferenti ha consentito di misurare solo i livelli di glucosio rilevanti nei campioni di saliva di volontari.

Gli esperimenti hanno mostrato che il rivestimento superiore ha conferito al sensore una durata di conservazione senza precedenti:l'enzima potrebbe essere mantenuto vivo e attivo per un mese se conservato in un sacchetto sigillato. Questi risultati stanno incoraggiando il team ad espandere le capacità di questo approccio incorporando diversi enzimi nello strato di rilevamento.

"L'ottimizzazione non finisce mai nell'ingegneria, quindi stiamo cercando di rendere questo sistema più robusto per rilevare altri metaboliti nei biofluidi, " afferma Inal. "Stiamo anche cercando di integrare nei sensori dispositivi energetici stampati e autoalimentati, offrendoci una piattaforma più user-friendly che elimina batterie o cavi esterni."