Простой, способный к многократному применению сенсор глюкозы может понизить себестоимость диагностики диабета и мониторинга состояния пациентов, страдающих от этого заболевания.

Устройство, которое представляет собой наночастицы серебра, внедренные в гидрогель, может детектировать глюкозу в образцах мочи также точно, как это делают существующие в настоящее время коммерчески доступные системы анализа, однако в отличие от коммерчески доступных тестовых полосок новая система может применяться сотни раз, а изменение ее цвета в ходе анализа легко интерпретировать.

В настоящее время для измерения содержания глюкозы в крови используется два способа. Один из них – портативный глюкозометр, для которого необходимо использовать разовые тест-полоски, другой – индикатор на содержание глюкозы в моче, результаты которого достаточно непросто интерпретировать из-за незначительного изменения окраски в ответ на изменение концентрации.

Али Йетисен (Ali K. Yetisen) с коллегами из Университета Кембриджа решил разработать альтернативный сенсор, позволяющий определять глюкозу, и не обладающий недостатками, описанными выше. В результате был разработан гидрогель многократного использования, который в зависимости от того, сколько глюкозы содержится в моче пациента, меняет цвет от зеленого до красного.

Новый сенсор получают следующим образом: на первом этапе получается собственно гель – для этого исследователи проводят полимеризацию акриламидных мономеров, функционализированных фенилбороновыми группами, затем в этом геле происходило формирование наночастиц с диаметром от 30 до 50 нм, которые подвергались лазерному облучению. Под слоем геля находилось слегка наклоненное зеркало, отражавшее свет, испускаемый лазерным лучом, благодаря отражению света в геле формируется интерференционная картина, состоящая периодически повторяющихся высоко- и низкоэнергетических участков, причем в высокоэнергетических участках происходило расщепление наночастиц серебра до меньших по размеру, чем исходные – их диаметр составлял 15 нм. В результате всех операций был получен гидрогель с однородным распределением наночастиц серебра, способных к дифракции падающего света.

Для измерения содержания глюкозы исследователи помещали капли образца мочи на гель и облучали систему белым светом. Если в образце для анализа содержится глюкоза, она связывается с фенилбороновыми фрагментами, что заставляет гель расширяться. Такое расширение заставляет наночастицы серебра удаляться друг от друга, меняя тем самым параметры дифракционной решетки. По мере увеличения концентрации глюкозы окраска геля переходит от зеленой к красной через желтую и оранжевую. После проведения анализа гель достаточно промыть разбавленной уксусной кислотой в течение 10 секунд, в результате такой обработки глюкоза отщепляется от фенилбороновых фрагментов, давая возможность использовать гель вторично. Исследователи отмечают, что во время испытаний один сенсор мог использоваться для 400 последовательных анализов.

После калибровки геля на образцах мочи с известным содержанием глюкозы опытные образцы гидрогеля были испытаны на образцах мочи 33 пациентов, страдающих от диабета, содержание глюкозы определяли с помощью нового метода, с помощью коммерчески доступных индикаторов, а также – электрохимическими методами анализа. Продемонстрировано, что с помощью гидрогеля удалось более точно определить содержание глюкозы, чем с помощью коммерческих экспресс-тестов (точность определения контролировалась электрохимическими методами).

Одним из неудобств в эксплуатации сенсора пока является то, что при анализе необходимо незначительно корректировать рН аналита в сторону увеличения, однако Йетисен уверен, что эту проблему можно решить, изменив строение геля.