Biossensor baseado em papel oferece monitoramento de diabetes sem dor através do suor

Milhões de pessoas com diabetes monitoram seus níveis de glicose diariamente usando dispositivos que coletam e analisam seu sangue. Mas e se eles pudessem monitorá-lo apenas com um sensor de suor?

Essa é a ideia por trás de uma nova pesquisa da Universidade de Binghamton que poderia revolucionar o controle do diabetes, eliminando a dor e o incômodo.

Adaptando o conhecimento que o Laboratório de Bioeletrônica e Microssistemas do Professor Seokheun “Sean” Choi adquiriu sobre biobaterias nos últimos 15 anos, o novo sistema biossensor baseado em papel usa esporos de bactérias Bacillus subtilis que germinam em resposta à glicose em fluidos corporais ricos em potássio, como como suor. A quantidade de energia gerada determinaria o nível de glicose.

Choi, Professor Assistente Anwar Elhadad, Ph.D. e Ph.D. o estudante Yang “Lexi” Gao, do Departamento de Engenharia Elétrica e de Computação da Faculdade de Engenharia e Ciências Aplicadas Thomas J. Watson, publicou recentemente suas descobertas na revista Microssistemas e Nanoengenharia.

Os atuais sistemas de monitoramento de glicose dependem de reações enzimáticas às gotículas de sangue, mas esses métodos não são estáveis ​​em armazenamento para facilitar o transporte ou armazenamento. A natureza auto-replicante da bactéria também garante longevidade.

“O problema do uso de enzimas é que elas desnaturam e desativam”, disse Choi. “Você precisa armazená-lo em uma geladeira, mas mesmo assim, sua potência diminui com o tempo. Nosso sistema baseado em esporos pode suportar ambientes muito agressivos e é ativado somente quando as condições certas são atendidas.”

Para Gao, o novo artigo marca a sua nona publicação desde que chegou a Binghamton vinda da China, no outono de 2021, no meio da pandemia da COVID-19.

“Esta é a única escola para a qual me inscrevi nos EUA”, disse ela. “Fui aceito, solicitei o visto e vim direto para cá. Desde então, o professor Choi me ajudou muito – não só nessa área de pesquisa, mas também na minha vida. mas ele se importava comigo e sempre dizia: ‘Quero que você tenha sucesso'”.

Gao obteve sua graduação e mestrado em química marinha e realizou um projeto usando papel como plataforma para construir detectores de íons de chumbo na água do mar, de modo que a pesquisa de Choi sobre “papertrônica” se enquadra em sua formação. Seu trabalho anterior em seu laboratório inclui a integração de biobaterias em circuitos impressos em 3D, um dispositivo que gera umidade do ar e bugs mecânicos autoalimentados para coletar dados oceânicos.

“Quero fazer pesquisas para tornar o mundo melhor – é uma grande visão”, disse ela. “Sei que a crise energética é um grande problema neste momento, por isso é fascinante que possamos usar bactérias para gerar energia. É limpo e sustentável e, por ser feito à base de papel e descartável, é muito fácil e muito barato. Minha formação em química nos ajuda a fazer muitas modificações nesses dispositivos, e isso realmente me entusiasma.”

A construção do dispositivo de monitoramento de glicose deu a Gao a oportunidade de aprender mais sobre engenharia elétrica enquanto trabalhava com Elhadad.

“Anwar não apenas construiu esses circuitos, mas também me envolveu – para explicar cada componente, o que fazem, como funcionam e como se interligam”, disse ela. “Também estou fazendo cursos on-line para me familiarizar com o design de circuitos e poder construí-los sozinho, porque não posso contar com outras pessoas o tempo todo.”

Com este artigo de pesquisa agora publicado, a equipe de Binghamton trabalhará para melhorar o processo de detecção.

“Cada pessoa tem uma concentração diferente de potássio no suor e não sei como essa concentração afeta a glicose”, disse Choi. “A sensibilidade também é menor do que a dos biossensores enzimáticos convencionais. Mas a partir deste trabalho criamos um novo mecanismo de detecção para detectar glicose.