Transistor-Technologie: Vereinfachte Diabetes-Überwachung mit Speichel-basierter Detektion

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Wissenschaftler:innen der King Abdullah University of Science and Technology (KAUST) haben einen innovativen Glukose-Detektor auf Speichelbasis entwickelt, der die Diabetes-Überwachung revolutionieren könnte. Mit diesem kostengünstigen, leichten und hochempfindlichen Gerät könnten schmerzhafte Stechereien bald der Vergangenheit angehören.

Neuer Sensor zur Glukosebestimmung mit Speichel

Expert:innen der KAUST haben einen bahnbrechenden Sensorprototyp entwickelt, der den Glukosespiegel im Speichel misst. Diese vielversprechende Technologie hat das Potenzial, eine bequeme, schnelle und traumafreie Methode der Diabetes-Selbstkontrolle zu bieten.

Bedenken für Diabetiker:innen

Diabetes entsteht, wenn der Körper seine Blutzuckerkonzentration nicht kontrollieren kann. Ein unkontrollierter Blutzuckerspiegel kann neben anderen gesundheitlichen Komplikationen auch Herz-Kreislauf-Erkrankungen hervorrufen, weshalb es für Diabetiker:innen äußerst wichtig ist, einen moderaten Blutzuckerspiegel zu halten.

Die traditionelle Blutzuckermessung erfordert mehrmals täglich einen schmerzhaften Stich in den Finger. Modernere, eingebettete Sensoren bieten eine kontinuierliche Blutzuckermessung ohne die schmerzhaften Nadelstiche, zeigen aber eine geringere Genauigkeit bei niedrigen Blutzuckerwerten und sind für Kinder nicht zu empfehlen.

Vorteile der speichelbasierten Glukosemessung

Die Verwendung von Speichel zur Glukosemessung, der mit den Blutzuckerwerten korreliert, könnte eine komfortablere Alternative darstellen. Die im Vergleich zum Blut deutlich niedrigere Glukosekonzentration im Speichel stellt jedoch eine Herausforderung für genaue Messungen außerhalb fortschrittlicher Laborumgebungen dar.

Die von KAUST vorgeschlagene Lösung

Die Forschenden der KAUST haben nun einen hochempfindlichen Glukosedetektor entwickelt, der auf einem Dünnschichttransistor basiert. Diese kleinen, energieeffizienten und leichten Geräte können als billige Einwegsensoren in Massenproduktion hergestellt werden, bemerkt Teammitglied Abhinav Sharma. Sharma sieht in diesem nicht-invasiven, auf Speichel basierenden Gerät zur Glukoseüberwachung eine potenziell transformative Lösung für Millionen von Patient:innen weltweit.

Der Transistor besteht aus einer dünnen Schicht von Indiumoxid- und Zinkoxid-Halbleitern, die mit dem Enzym Glukoseoxidase überzogen sind. Wenn eine Speichelprobe auf den Sensor gelegt wird, oxidiert das Enzym die gesamte Glukose zu D-Gluconolacton und Wasserstoffperoxid, woraufhin letzteres eine elektrische Oxidation erfährt und Elektronen abgibt. Diese Elektronen treten dann in die Halbleiter ein und verändern den Strom in den Halbleitern. Das Ausmaß dieser Veränderung spiegelt den Glukosegehalt in der Probe wider.

Testergebnisse und zukünftige Richtungen

Die Forschenden testeten das Gerät an menschlichen Speichelproben mit unterschiedlichen Glukosemengen sowie am Speichel nüchterner Freiwilliger (da die Speichelglukose nicht immer mit der Blutglukose unmittelbar nach einer Mahlzeit korreliert).

Sie beobachteten eine genaue Messung eines breiten Spektrums von Glukosekonzentrationen in weniger als einer Minute, unbeeinflusst von anderen Speichelmolekülen, einschließlich Zuckerderivaten wie Fruktose und Saccharose. Obwohl die Empfindlichkeit im Laufe der Zeit abnahm, blieb die Leistung des Geräts auch nach zwei Wochen bei Raumtemperatur noch zufriedenstellend.

Die Gruppe arbeitet derzeit an der Entwicklung eines Transistorsensor-Arrays, das mehrere Speichelmetaboliten gleichzeitig nachweisen kann. “Die Entwicklung von tragbaren Sensorarrays für die Integration in Smartphones ist ein möglicher Forschungsansatz”, sagt Teamleiter Thomas Anthopoulos.

Ihre bahnbrechenden Forschungsergebnisse sind jetzt in der Fachzeitschrift Biosensors and Bioelectronics öffentlich zugänglich. “Nicht-invasiver, ultrasensitiver Nachweis von Glukose im Speichel mit Metalloxidtransistoren” lautet der Titel des veröffentlichten Artikels.

Fazit:

Der innovative Transistor zur Glukosemessung auf Speichelbasis ist eine vielversprechende Lösung für diejenigen, die mit der Diabetesüberwachung aufgrund schmerzhafter Einstiche in den Finger zu kämpfen haben. Mit seinem Potenzial, eine Reihe von Glukosekonzentrationen schnell und präzise zu messen und dabei von anderen Speichelmolekülen unbeeinflusst zu bleiben, ist er für Millionen von Menschen auf der ganzen Welt vielversprechend. Mit den Fortschritten in der Forschung ist die Integration eines Sensorarrays, das mehrere Metaboliten gleichzeitig mit Smartphones nachweisen kann, eine faszinierende Perspektive. Diese aufregende Entwicklung ebnet den Weg zu einer einfacheren, schnelleren und schmerzfreien Möglichkeit, Diabetes in Zukunft zu kontrollieren.

• Abhinav, S. et al. (2023). Non-invasive, ultrasensitive detection of glucose in saliva using metal oxide transistors. Biosensors and Bioelectronics.