Una tecnica che consente agli enzimi biologicamente attivi di sopravvivere ai rigori della stampa a getto d’inchiostro rappresenta un’alternativa promettente agli esami di screening del sangue di routine affrontati dai pazienti diabetici. Il team guidato dal KAUST ha utilizzato questo approccio per realizzare dispositivi monouso in grado di misurare le concentrazioni di glucosio nella saliva umana.
Strisce di carta sensibile al pH sono comunemente usate per verificare se un liquido è acido o alcalino. I ricercatori stanno ora lavorando per applicare principi simili nel creare sensori di carta che indicano rapidamente i biomarcatori della malattia. La chiave di questo approccio è la sostituzione dei 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 elettronico Khaled Salama e lo scienziato dei materiali Derya Baran per utilizzare la tecnologia a getto d’inchiostro nel produrre piccoli sensori sensibili alle concentrazioni di zucchero nei biofluidi.
Utilizzando un inchiostro commerciale ottenuto da polimeri conduttori, il team ha stampato modelli di elettrodi su microscala in fogli di carta lucida. Successivamente, hanno stampato uno strato sensibile contenente un enzima, glucosio ossidasi, in cima ai piccoli elettrodi. La reazione biochimica tra glucosio disponibile e l’enzima crea segnali elettrici facilmente correlati ai livelli di zucchero nel sangue.
“La carta è porosa, il che rende difficile la stampa di inchiostri biologici e conduttivi che si dissolvono nell’acqua”, afferma Eloise Bihar, ricercatore postdottorato presso il KAUST e primo autore dello studio. “Anche la stampa dell’enzima è delicata – è sensibile alle variazioni di temperatura, alla tensione applicata sulla cartuccia e al pH dell’inchiostro.”
Dopo aver ottimizzato le condizioni di stampa degli enzimi, i ricercatori hanno avuto un altro ostacolo da affrontare. Mentre i liquidi, come il sudore o la saliva, contengono abbastanza zucchero per scopi di monitoraggio, riportano 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 permesso di misurare solo i livelli di glucosio rilevanti nei campioni di saliva di volontari.
Gli esperimenti hanno dimostrato che il rivestimento superiore ha fornito al sensore una shelf life senza precedenti: l’enzima potrebbe essere tenuto in vita e attivo per un mese se conservato in una busta sigillata. Questi risultati stanno incoraggiando il team ad espandere le capacità di questo approccio incorporando diversi enzimi nello strato sensibile.
“L’ottimizzazione non finisce mai in 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 sensori di energia stampati e autoalimentati, offrendoci una piattaforma più user-friendly che elimina batterie o cavi esterni.”
