Milijonai žmonių, sergančių cukriniu diabetu, kasdien stebi savo gliukozės kiekį naudodami pirštų lazdelių prietaisus, kurie ima ir analizuoja jų kraują. O kas, jei jie galėtų tai stebėti tik prakaito jutikliu?
Tai yra nauja Binghamtono universiteto tyrimų idėja, kuri gali pakeisti diabeto valdymą, pašalindama skausmą ir vargus.
Pritaikius žinias, kurias profesoriaus Seokheuno „Seano“ Choi bioelektronikos ir mikrosistemų laboratorija įgijo apie biobaterijas per pastaruosius 15 metų, naujoje popierinėje biojutiklio sistemoje naudojamos Bacillus subtilis bakterijų sporos, kurios dygsta reaguodamos į gliukozę daug kalio turinčiuose kūno skysčiuose, pvz. kaip prakaitas. Sukurtos galios kiekis lems gliukozės kiekį.
Choi, docentas Anwaras Elhadadas, mokslų daktaras ir mokslų daktaras. studentas Yang „Lexi” Gao iš Thomas J. Watson kolegijos inžinerijos ir taikomųjų mokslų katedros Elektros ir kompiuterių inžinerijos katedros neseniai paskelbė savo išvadas žurnale Mikrosistemos ir nanoinžinerija.
Dabartinės gliukozės stebėjimo sistemos remiasi fermentinėmis reakcijomis į kraujo lašelius, tačiau šie metodai nėra stabilūs, kad būtų lengva gabenti ar laikyti. Savaime besidauginantis bakterijų pobūdis taip pat užtikrina ilgaamžiškumą.
„Fermentų naudojimo problema yra ta, kad jie denatūruoja ir deaktyvuoja“, – sakė Choi. „Ją reikia laikyti šaldytuve, tačiau net ir tada jų stiprumas laikui bėgant mažėja. Mūsų sporomis pagrįsta sistema gali ištverti labai atšiaurią aplinką ir įsijungia tik tada, kai yra tinkamos sąlygos.”
Gao naujasis dokumentas yra devintasis leidinys nuo tada, kai ji atvyko į Binghamtoną iš Kinijos 2021 m. rudenį, COVID-19 pandemijos viduryje.
„Tai vienintelė mokykla, į kurią kreipiausi į JAV“, – sakė ji. „Aš buvau priimtas, paprašiau vizos ir atvykau tiesiai čia. Nuo tada profesorius Choi man labai padėjo – ne tik šioje tyrimų srityje, bet ir gyvenime. Kadangi tai buvo COVID metu, viskas buvo labai blogai. bet jis rūpinosi manimi ir visada sakydavo: „Aš noriu, kad tau pasisektų“.
Gao įgijo jūrų chemijos bakalauro ir magistro laipsnius ir atliko projektą, naudodama popierių kaip platformą švino jonų detektoriams jūros vandenyje statyti, todėl Choi „papertronikos“ tyrimai atitiko jos patirtį. Ankstesnis jos darbas laboratorijoje apima biobaterijų integravimą į 3D spausdinimo grandines, įrenginį, kuris generuoja drėgmę iš oro, ir savarankiškai maitinamas mechanines klaidas, skirtas vandenyno duomenims rinkti.
„Noriu atlikti tyrimus, kad pasaulis būtų geresnis – tai didelė vizija“, – sakė ji. „Žinau, kad energijos krizė šiuo metu yra didelė problema, todėl žavu, kad galime naudoti bakterijas energijai gaminti. Ji švari ir tvari, o kadangi ji pagaminta iš popieriaus ir vienkartinė, tai labai paprasta ir labai pigi. Mano išsilavinimas chemijos srityje padeda mums atlikti daug šių įrenginių modifikacijų, ir tai mane labai jaudina.
Gliukozės stebėjimo prietaiso kūrimas suteikė Gao galimybę daugiau sužinoti apie elektros inžineriją dirbant su Elhadadu.
„Anwaras ne tik sukūrė tas grandines, bet ir mane įtraukė – paaiškinti kiekvieną komponentą, ką jie veikia, kaip veikia ir kaip susieja“, – sakė ji. „Aš taip pat lankau internetinius kursus, kad susipažinčiau su grandinių projektavimu, kad galėčiau juos kurti pats, nes negaliu visą laiką pasikliauti kitais.
Dabar paskelbus šį mokslinį dokumentą, Binghamtono komanda stengsis pagerinti aptikimo procesą.
„Kiekvienas turi skirtingą kalio koncentraciją prakaite, ir aš nežinau, kaip ši koncentracija veikia gliukozę“, – sakė Choi. „Jautrumas taip pat yra mažesnis nei įprastų fermentinių biosensorių. Tačiau iš šio darbo sukūrėme naują jutimo mechanizmą, skirtą aptikti gliukozę. Dar niekas to nepadarė.”