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Aug 04, 2023

Neuer Transistor misst Glukose im Speichel

28. August 2023 Dieser Artikel wurde gemäß dem Redaktionsprozess und den Richtlinien von Science X überprüft. Die Redakteure haben die folgenden Attribute hervorgehoben und gleichzeitig die Glaubwürdigkeit des Inhalts sichergestellt:

28. August 2023

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von der King Abdullah University of Science and Technology

Laut den KAUST-Forschern, die hinter der Technologie stehen, könnte ein Prototyp eines Sensors, der den Glukosespiegel im Speichel misst, letztendlich eine einfache, schnelle und schmerzlose Möglichkeit für Menschen bieten, ihren Diabetes zu überwachen.

Diabetes ist eine Krankheit, die auftritt, wenn der Körper seinen Blutzuckerspiegel nicht regulieren kann. Ein erhöhter Glukosespiegel kann zu Herz-Kreislauf-Erkrankungen und anderen Erkrankungen führen. Daher ist es für Diabetiker wichtig, den Blutzuckerspiegel auf einem moderaten Niveau zu halten.

Menschen mit Diabetes überwachen ihren Blutzucker traditionell mit Geräten, die einen Blutstropfen analysieren, indem sie sich mehrmals täglich in den Finger stechen. Neuerdings können implantierte Sensoren eine kontinuierliche Glukoseüberwachung ohne unangenehme Nadelstiche ermöglichen, diese Geräte können jedoch bei niedrigeren Glukosewerten weniger genau sein und sind für Kinder nicht zugelassen.

Eine bequemere Möglichkeit zur Überwachung des Glukosespiegels könnte die Messung des Speichels sein, der mit dem Blutzuckerspiegel korreliert. Allerdings sind die Glukosekonzentrationen im Speichel viel niedriger als im Blut, was eine genaue Messung ohne hochentwickelte Laborausrüstung erschwert.

Das KAUST-Team hat nun einen hochempfindlichen Glukosedetektor entwickelt, der auf einem Dünnschichttransistor basiert. Diese kleinen, leichten und stromsparenden Geräte könnten als kostengünstige Einwegsensoren für die Massenproduktion geeignet sein, sagt Teammitglied Abhinav Sharma. „Ein einfach zu bedienendes, nichtinvasives Glukosemessgerät, das Speichel als Medium verwendet, könnte für Millionen von Patienten weltweit lebensverändernd sein“, sagt er.

Der Transistor enthält dünne Schichten der Halbleiter Indiumoxid und Zinkoxid, die mit dem Enzym Glucoseoxidase belegt sind. Wenn eine Speichelprobe auf den Sensor gegeben wird, oxidiert das spezifische Enzym vorhandene Glukose, um D-Gluconolacton und Wasserstoffperoxid zu produzieren. Durch die elektrische Oxidation des Wasserstoffperoxids entstehen dann Elektronen, die in die Halbleiterschichten eindringen. Dadurch verändert sich der Strom, der durch die Halbleiter fließt, und die Größe dieses Effekts gibt Aufschluss über die Glukosekonzentration in der Probe.

Die Forscher testeten ihr Gerät anhand menschlicher Speichelproben, denen unterschiedliche Mengen an Glukose zugesetzt wurden, und analysierten auch den Speichel von Freiwilligen, die vor der Durchführung der Tests gefastet hatten (der Glukosespiegel im Speichel korreliert möglicherweise nicht mit dem Blutzucker unmittelbar nach einer Mahlzeit).

Sie fanden heraus, dass das Gerät einen weiten Bereich von Glukosekonzentrationen in weniger als einer Minute korrekt maß. Entscheidend ist, dass der Sensor nicht durch andere Moleküle im Speichel, einschließlich Zuckerderivaten wie Fruktose und Saccharose, beeinträchtigt wurde. Obwohl die Empfindlichkeit des Geräts mit der Zeit abnahm, bot es nach zweiwöchiger Lagerung bei Raumtemperatur immer noch eine gute Leistung.

Das Team entwickelt derzeit eine Reihe von Transistorsensoren, die gleichzeitig mehrere Metaboliten im Speichel erkennen könnten. „Die Entwicklung tragbarer Sensorarrays, die in ein Smartphone integriert werden können, ist eine mögliche zukünftige Forschungsrichtung“, sagt Thomas Anthopoulos, der das Team leitete.

Die Studie wurde in der Fachzeitschrift Biosensors and Bioelectronics veröffentlicht.

Mehr Informationen: Abhinav Sharma et al., Nicht-invasiver, ultraempfindlicher Nachweis von Glukose im Speichel mithilfe von Metalloxidtransistoren, Biosensoren und Bioelektronik (2023). DOI: 10.1016/j.bios.2023.115448