Миллионы людей с диабетом ежедневно отслеживают уровень глюкозы с помощью устройств для взятия крови из пальца и ее анализа. Но что, если бы они могли контролировать ее только с помощью датчика пота?

Именно эта идея лежит в основе нового исследования Университета Бингемтона, которое может произвести революцию в лечении диабета, устранив боль и трудности.

Адаптировав знания, которые Лаборатория биоэлектроники и микросистем профессора Сокхына «Шона» Чхве получила о биобатареях за последние 15 лет, новая бумажная биосенсорная система использует споры бактерий Bacillus subtilis , которые прорастают в ответ на глюкозу в богатых калием жидкостях организма, таких как пот. Количество вырабатываемой энергии будет определять уровень глюкозы.

Чой, доцент Анвар Эльхадад, доктор философии, и аспирант Ян «Лекси» Гао с кафедры электротехники и вычислительной техники Колледжа инженерии и прикладных наук Томаса Дж. Уотсона недавно опубликовали свои выводы в журнале Microsystems & Nanoengineering .

Современные системы мониторинга уровня глюкозы полагаются на ферментативные реакции с каплями крови, но эти методы не являются стабильными при хранении и не обеспечивают легкую транспортировку или хранение. Самовоспроизводящаяся природа бактерий также обеспечивает их долговечность.

«Проблема с использованием ферментов в том, что они денатурируют и дезактивируются», — сказал Чой. «Вам нужно хранить их в холодильнике, но даже в этом случае их эффективность со временем снижается. Наша система на основе спор может выдерживать очень суровые условия и активируется только при соблюдении правильных условий».

Для Гао новая статья стала девятой публикацией с момента ее прибытия в Бингемтон из Китая осенью 2021 года, в разгар пандемии COVID-19.

«Это единственная школа в США, куда я подала документы», — сказала она. «Меня приняли, я подала заявление на визу и сразу приехала сюда. С тех пор профессор Чой очень мне помог — не только в этой области исследований, но и в моей жизни. Поскольку это было во время COVID, все было очень плохо, но он заботился обо мне и всегда говорил: «Я хочу, чтобы ты добилась успеха».

Гао получила степени бакалавра и магистра по морской химии , и она сделала проект, используя бумагу в качестве платформы для создания детекторов ионов свинца в морской воде, поэтому исследования Чхве по «бумажной электронике» соответствуют ее образованию. Ее предыдущая работа в его лаборатории включает интеграцию биобатарей в 3D-печатные схемы, устройство, которое генерирует влагу из воздуха, и самоходные механические жучки для сбора данных об океане.

«Я хочу проводить исследования, чтобы сделать мир лучше — это большое видение», — сказала она. «Я знаю, что энергетический кризис — это сейчас серьезная проблема, поэтому очень интересно, что мы можем использовать бактерии для выработки энергии. Это чисто и экологично, а поскольку это бумажная продукция и одноразовая, это очень просто и очень дешево. Мои познания в химии помогают нам вносить множество изменений в эти устройства, и это меня действительно воодушевляет».

Создание устройства для мониторинга уровня глюкозы дало Гао возможность больше узнать об электротехнике , работая с Эльхададом.

«Анвар не только построил эти схемы, но и привлек меня к этому — объяснить каждый компонент, что они делают, как они работают и как они соединяются друг с другом», — сказала она. «Я также прохожу онлайн-курсы , чтобы познакомиться с проектированием схем, чтобы иметь возможность собирать их самостоятельно, потому что я не могу все время полагаться на других».

После публикации этой исследовательской работы команда из Бингемтона будет работать над улучшением процесса обнаружения.

«У каждого человека разная концентрация калия в поте, и я не знаю, как эта концентрация влияет на глюкозу», — сказал Чой. «Чувствительность также ниже, чем у обычных ферментативных биосенсоров. Но благодаря этой работе мы создали новый механизм обнаружения глюкозы. Никто этого еще не делал».