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新型紙傳感器:糖尿病患者的福音!

12月
25
2018

2018年12月25日17時 今日科學 智物創新

智物創新

導讀

近日,沙特阿卜杜拉國王科技大學領導的團隊開發出一項可使生物活性酶在噴墨印表機的嚴苛條件下存活的技術,它將為糖尿病患者常規血液篩查檢查提供一種有前途的選擇。

背景

持續監測體內的葡萄糖值,對於糖尿病患者的健康來說尤為關鍵。測量血糖通常需要戳破患者手指,進行指尖採血,這樣會給患者頻繁地帶來創傷。

為此,科學家們也在積極研發無創地測量體內葡萄糖值的新方法。例如,筆者介紹過韓國首爾基礎科學研究院的研究人員採用石墨烯材料製成的柔性可穿戴設備檢測與治療糖尿病的方案。

(圖片來源於:Hui Won Yun, 首爾大學)

創新

今天,筆者要為大家介紹一種無創測量體內葡萄糖值的新方案。

近日,沙特阿卜杜拉國王科技大學(KAUST)領導的團隊開發出一項可使生物活性酶在噴墨印表機的嚴苛條件下存活的技術,製作出一次性裝置,測量人體唾液中的葡萄糖濃度。

由導電塑料與活性酶製成的紙傳感器(圖片來源:Eloïse Bihar)

技術

對於pH值敏感的紙條通常用於測試液體是酸性還是鹼性。研究人員們正採用相似的 原理,創造出可以迅速標示疾病生物標誌物的紙傳感器。這種方案的關鍵是:用可快速量產的低成本塑料取代傳感器中的傳統電子電路。

(圖片來源:參考資料2)

生物科學家 Sahika Inal 與電氣工程師 Khaled Salama 以及材料科學家 Derya Baran 合作用噴墨列印技術製造出對生物流體中較低的糖濃度敏感的傳感器。

Sahika Inal、Shofarul Wustoni 、Eloise Bihar (從左到右) 檢查一組噴墨列印而成的傳感器。(圖片來源:KAUST)

團隊利用由導電聚合物製成的商用油墨,在具有光澤的紙張上印刷出微尺度的電極圖案。然後,他們在微型電極頂部印刷含有葡萄糖氧化酶的感知層。葡萄糖與酶之間生物反應,製造出與血糖水平簡單關聯的電信號。

這種插入列印的傳感器有望簡單、低成本地檢測慢性病。(圖片來源:Eloïse Bihar)

KAUST 博士後研究員、論文第一作者 Eloise Bihar 表示:「紙張是透水的,使得它對於印刷溶解於水中的導電與生物油墨來說,極具挑戰性。同樣,印刷酶也是複雜的,它對於溫度、墨盒上施加的電壓、油墨pH值的變化都很敏感。」

論文第一作者 Eloise Bihar 正在觀察插入印刷的紙傳感器。(圖片來源:KAUST)

研究人員在優化印刷酶的條件之後,還有另外一個障礙要處理。當流體例如汗液或者唾液含有可用於監測的足量的糖時,它們也會含有抗壞血酸等分子,這些分子會對導電聚合物進行電干擾。將傳感器塗上nafion聚合物膜,可以做到只測量志願者唾液標本中相關的葡萄糖水平,因為這種聚合物會排斥出現在大多數干擾體內的負電荷。

Eloise Bihar 分析由印刷的生物傳感器採集的數據(圖片來源:KAUST)

實驗顯示,頂部塗層賦予了傳感器前所未有的保存限期,如果存儲在密封袋中,酶可保持生命與活力達一個月。這些結果鼓舞團隊通過將不同的酶集成到感知層中,從而拓展該方案的功能。

價值

這項技術是無創的,它將為糖尿病患者常規血液篩查檢查提供一種有前途的新選擇。

未來

Inal 表示:「工程優化永無止境,所以我們正在嘗試將這種系統變得更加健壯,以測試生物流體中的其他代謝產物。我們也正在將可印刷且自供電的能量裝置集成到傳感器中,為我們帶來更加用戶友好的平台,去除外部的電池或電線。」

關鍵字

印刷電子、紙、傳感器、糖尿病、醫療

參考資料

1https://discovery.kaust.edu.sa/en/article/785/paper-sensors-remove-the-sting-of-diabetic-testing

2Bihar, E., Wustoni, S., Pappa, A.M., Salama, K.N., Baran, D. & Inal, S.A fully inkjet-printed disposable glucose sensor on paper. npj Flexible Electronics 2, 30 (2018).


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