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Forscher der Washington State University haben einen 3D-gedruckten Glukose-Biosensor für tragbare Monitore entwickelt.
Die Arbeit könnte zu verbesserten Glukosemonitoren für Millionen von Menschen führen, die an Diabetes leiden.
Unter der Leitung von Arda Gozen und Yuehe Lin, Fakultät an der Fakultät für Maschinenbau und Werkstofftechnik, wurde die Forschung in der Zeitschrift Analytica Chimica Acta veröffentlicht.
Menschen mit Diabetes überwachen am häufigsten ihre Krankheit mit Blutzuckermessgeräten, die ein ständiges Fingerstechen erfordern. Kontinuierliche Blutzuckermesssysteme sind eine Alternative, sie sind jedoch nicht kosteneffizient.
Forscher haben an der Entwicklung einer tragbaren, flexiblen Elektronik gearbeitet, die sich an die Haut des Patienten anpasst und die Glukose in Körperflüssigkeiten, beispielsweise im Schweiß, überwacht. Um solche Sensoren zu bauen, haben Hersteller traditionelle Fertigungsstrategien wie Fotolithografie oder Siebdruck verwendet. Während diese Verfahren funktionieren, haben sie mehrere Nachteile, einschließlich der Verwendung schädlicher Chemikalien und einer teuren Reinraumverarbeitung. Sie verursachen auch viel Abfall.
Mit dem 3D-Druck entwickelte das WSU-Forschungsteam einen Glukosemonitor mit einer viel besseren Stabilität und Empfindlichkeit als die mit herkömmlichen Verfahren hergestellten.
Die Forscher verwendeten eine Methode namens Direct-Ink-Writing (DIW), bei der “Tinten” aus Düsen gedruckt werden, um komplizierte und präzise Designs in kleinsten Maßstäben zu erstellen. Die Forscher druckten ein nanoskaliges Material aus, das elektrisch leitfähig ist, um flexible Elektroden herzustellen. Die Technik des WSU-Teams ermöglicht eine präzise Anwendung des Materials, was zu einer gleichmäßigen Oberfläche und weniger Defekten führt, was die Empfindlichkeit des Sensors erhöht. Die Forscher stellten fest, dass ihre 3D-gedruckten Sensoren Glukosesignale besser als die herkömmlich hergestellten Elektroden aufnahmen.
Durch den Einsatz von 3D-Druck ist das System auch an die Biologie der Menschen anpassbarer.
„Mit dem 3D-Druck können Biosensoren hergestellt werden, die speziell auf den einzelnen Patienten zugeschnitten sind“, sagte Gozen.
Da beim 3D-Druck nur die benötigte Materialmenge benötigt wird, ist auch weniger Abfall im Prozess als bei herkömmlichen Fertigungsmethoden.
“Dies kann möglicherweise die Kosten senken”, sagte Gozen.
Für den großflächigen Einsatz müssen die gedruckten Biosensoren auf einer tragbaren Plattform mit elektronischen Komponenten integriert werden. Die Hersteller könnten jedoch die gleichen 3D-Druckerdüsen verwenden, die für das Drucken der Sensoren verwendet wurden, um Elektronik und andere Komponenten eines tragbaren medizinischen Geräts zu bedrucken, wodurch Fertigungsprozesse konsolidiert und die Kosten noch weiter gesenkt werden, fügte er hinzu.
„Unser 3D-gedruckter Blutzuckersensor wird als tragbarer Sensor zum Ersetzen schmerzhafter Stiche verwendet. Da dies eine nicht-invasive, nadellose Methode zur Blutzuckermessung ist, wird die Blutzuckermessung für Kinder einfacher sein “, sagte Lin.
Das Team arbeitet nun daran, die Sensoren in ein System zu integrieren, das als tragbares Gerät für die langfristige Glukoseüberwachung verwendet werden kann.
Die Grafik zeigt den 3D-gedruckten Biosensor für die Glukosesensorik und veranschaulicht das direkte Beschreiben von Elektroden und Enzymtinten mit Tinte.
