塑料葡萄糖供电的生物传感器取得成功

 
全聚合物生物燃料电池的示意图，它从唾液中天然存在的葡萄糖中吸收能量。学分：©2019 KAUST;黄河野(Heno Hwang)KAUST研究人员开发了一种利用葡萄糖在体液中供电的电子生物传感器。该设备将电子传输聚合物与酶配对，该酶从与葡萄糖的反应中提取电子以驱动其电路。塑料生物传感器可以连续监测关键健康指标，例如糖尿病患者的血糖水平。
“新陈代谢的异常的快速，准确和早期检测对于监测，控制和预防包括糖尿病在内的许多疾病至关重要，”博士David Ohayon说道。 Sahika Inal实验室的学生与博士后同事Georgios Nikiforidis领导了这项研究。他说：“当今的血糖监测仪主要限于手指刺破装置，这种刺破装置通常很痛苦。”正在开发可植入的葡萄糖传感设备，但是其电池使植入过程变得复杂，最终必须对其进行充电或更换。
理想的替代技术是可植入的聚合物生物传感器，该传感器能够利用周围的分子为自身供电。
Inal和她的团队采用了由KAUST的Iain McCulloch团队合成的聚合物，该聚合物看起来非常适合这项任务。 Ohayon说：“该聚合物是一种n型半导体，这意味着它可以沿其主链接受和传输电子。”该聚合物与葡萄糖氧化酶偶联，该酶从与葡萄糖的反应中氧化提取电子。
通常，需要第三组分来将电子从酶穿梭到聚合物上。 Ohayon说：“这些介体通常是有毒的，需要固定在电极表面上，这使装置的小型化变得复杂，并缩短了使用寿命。”
新聚合物不需要这种介体。 “我们的聚合物似乎能够承载这种酶，使其能够在活性中心和聚合物骨架之间进行有效的电通讯。”聚合物的乙二醇侧链可能是相互作用的关键，这一假说目前正在与KAUST的Enzo di Fabrizo小组合作进行研究。
该团队在晶体管中使用了这种n型聚合物材料来感知唾液中的葡萄糖水平，并作为使用葡萄糖作为能量来驱动该设备的全聚合物燃料电池的一半。伊纳尔说：“这种燃料电池是在生理相关介质中运行的全塑料，基于酶的电催化能量产生装置的首次展示。”
Inal补充说：“当合成聚合物与类似催化酶的葡萄糖氧化酶有效通讯时，葡萄糖感测和发电只是可能的两个应用实例。” “我们的主要目的是展示这种特殊的水稳定性聚合物类别的通用化学方法和新颖应用，它表现出混合导电性(离子和电子)。”
该研究发表在《自然材料》上。