Papiersensor misst den Blutzuckerspiegel

Glukosesensor (rund) und Auswerteeinheit (Foto: binghamton.edu)

Binghamton (pte034/17.12.2024/12:10) - Forscher der Binghamton University ( https://www.binghamton.edu/im )haben ein auf Papier aufgebautes Blutzuckermessgerät entwickelt. Dieses ermittelt die Konzentration des Blutzuckers anhand der Schweißabsonderungen. Seokheun "Sean" Choi nutzt Sporen von Bacillus subtilis, das sich unter anderem als nützlich für die Verdauung erwiesen hat. Diese Sporen keimen als Reaktion auf Glukose in kaliumreichen Körperflüssigkeiten wie Schweiß.

Empfindliche Enzyme

Aktuelle Systeme zur Glukosebestimmung basieren auf enzymatischen Reaktionen mit Blutstropfen, aber diese Enzyme sind nicht lagerstabil. Sie können nicht einfach per Post versandt werden. "Das Problem bei der Verwendung von Enzymen ist, dass sie denaturieren und deaktiviert werden. Man muss sie im Kühlschrank aufbewahren, aber selbst dann lässt ihre Wirksamkeit mit der Zeit nach. Unser sporenbasiertes System hält dagegen sehr raue Umgebungen aus und wird nur aktiviert, wenn die richtigen Bedingungen erfüllt sind", so Choi. Das System werde erst tätig, wenn es mit Schweiß in Berührung komme.

Das Keimen der Sporen sorgt dafür, dass der Sensor elektrische Energie erzeugt, die gemessen wird. Sie verändert sich proportional zum Blutzuckerspiegel. Der Sensor zeigt eine außergewöhnliche Selektivität und kann Glukose selbst in Gegenwart verschiedener Störsubstanzen genau nachweisen. Vergleichende Analysen haben gezeigt, dass der sporenbasierte Glukosesensor im Gegensatz zu herkömmlichen enzymatischen Biosensoren, deren Leistung sich im Laufe der Zeit selbst im inaktiven Zustand erheblich verschlechtert, über längere Zeiträume stabil ist und bei Bedarf sofort wieder seine Funktionalität erlangt.

Elektrischer Widerstand

Der neue Sensor hat drei wesentliche Komponenten: Eine Anode, die sporenbildende Bakterien enthält, eine Ionenaustauschmembran und eine katalysatorbeschichteten Kathode. Ist Glukose in kaliumreichen Körperflüssigkeiten vorhanden, fördert sie die Keimung und den Stoffwechsel der Sporen und löst eine Redoxreaktion aus, die Elektronen und Protonen erzeugt. Elektronen fließen dann durch einen externen Stromkreis mit einem Widerstand, während Protonen durch die interne Ionenaustauschmembran fließen.

Der innovative Hightech-Sensor muss von den Patienten dauerhaft getragen werden. Die gesammelten Daten werden in der Folge an ein Lesegerät übermittelt, das den Blutzuckerspiegel mithilfe von Leuchtdioden anzeigt. Von Zeit zu Zeit muss der Sensor ausgetauscht werden - wie lange er aktiv bleibt, ist laut den Wissenschaftlern noch Gegenstand von Untersuchungen. Verbesserungsbedürftig ist auch noch die Ansprechzeit. Die Werte werden derzeit mit einer Zeitverzögerung von bis zu einer Stunde angezeigt.

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