Patiëntenzorg eenvoudiger maken:zelfaangedreven luiersensoren die de urinesuikerspiegels controleren

In een recente studie ontwikkelden wetenschappers van de Tokyo University of Science (TUS) een nieuwe zelfaangedreven luiersensor die de benodigde elektriciteit rechtstreeks uit urine genereert met behulp van een biobrandstofcel. Het voorgestelde apparaat kan de gemeten glucoseconcentratie draadloos verzenden en de aanwezigheid van urine melden, waardoor diabetes wordt voorkomen en de patiëntenzorg aanzienlijk wordt vereenvoudigd.

Dankzij de wetenschap en de moderne geneeskunde weten we nu veel meer over de vroege tekenen van bepaalde ziekten en welke biomarkers we moeten controleren. Het belangrijkste is dat we over de nodige apparaten en technieken beschikken om deze biomarkers gemakkelijk in klinische omgevingen te bemonsteren en te analyseren, zodat artsen, patiënten en zorgverleners dienovereenkomstig kunnen handelen. In het steeds evoluerende veld van gezondheidszorgtechnologie worden draagbare elektronica en biosensoren gezien als potentiële game changers, omdat ze zowel medisch personeel als niet-medische mensen in staat stellen om relevante lichaamsvariabelen op afstand te monitoren.

In het specifieke geval van diabetes is het monitoren van de bloedsuikerspiegel cruciaal. Gelukkig geven de urinesuikerspiegels indirecte informatie over de bloedsuikerspiegel en kunnen ze worden gebruikt als een alternatieve biomarker om te voorkomen dat er voortdurend bloed wordt afgenomen. Sensoren kunnen direct in hun luiers worden ingebed om de urinesuikerspiegels bij oudere of langdurige zorgpatiënten te meten. Door de verkregen gegevens draadloos te verzenden, kunnen luiersensoren zorgtaken en gezondheidsbewakingstaken aanzienlijk vereenvoudigen. Zowel sensoren als draadloze zenders hebben echter een energiebron nodig om te kunnen functioneren en het plaatsen van batterijen in luiers kan een twijfelachtige oplossing zijn, zowel vanuit milieuoogpunt als vanuit praktisch oogpunt.

Wetenschappers van TUS hebben een oplossing voor dit probleem bedacht. Ze hebben een veelbelovende aanpak ontwikkeld om zelfaangedreven luiersensoren te realiseren die rechtstreeks energie kunnen opwekken uit urine.

Maar hoe wek je genoeg elektriciteit op uit urine om een ​​sensor van stroom te voorzien? Het antwoord ligt in de elektrochemie. De wetenschappers ontwikkelden een op papier gebaseerde biobrandstofcel die, door een paar reductie-oxidatiereacties, elektrisch vermogen afgeeft dat evenredig is aan de hoeveelheid glucose in de urine. Belangrijke overwegingen bij het ontwerp van dergelijke biobrandstofcellen zijn de hoeveelheid urine die nodig is om voldoende stroom te genereren en de algehele stabiliteit en duurzaamheid van het apparaat. Met dit in gedachten ontwikkelden de wetenschappers een speciale anode, de negatieve pool van een elektrochemische cel, met behulp van een proces dat bekend staat als "graftpolymerisatie" en waarmee ze glucose-reactieve enzymen en mediatormoleculen stevig konden verankeren aan een poreuze koolstoflaag, die diende als het geleidende basismateriaal.

"Naast het monitoren van glucose in het kader van diabetes, kunnen luiersensoren worden gebruikt om op afstand te controleren op de aanwezigheid van urine als je vooraf suiker inslaat als brandstof. In ziekenhuizen of verpleegafdelingen, waar mogelijk honderden luiers moeten worden gecontroleerd periodiek zou het voorgestelde apparaat een groot gewicht van de schouders van zorgverleners kunnen nemen", aldus Dr. Isao Shitanda.

Kortom, de sensor die het team van Dr. Shitanda heeft ontwikkeld, kan niet alleen diabetes voorkomen, maar ook het luierbeheer efficiënter en responsiever maken zonder het milieu in gevaar te brengen. "Wij geloven dat het concept dat in deze studie is ontwikkeld een veelbelovend hulpmiddel kan worden voor de algemene ontwikkeling van zelfaangedreven draagbare biosensoren", zei Dr. Shitanda. Kortom, de sensor die het team heeft ontwikkeld, kan niet alleen diabetes voorkomen, maar ook het luierbeheer efficiënter en responsiever maken zonder het milieu in gevaar te brengen. "Wij geloven dat het concept dat in deze studie is ontwikkeld een veelbelovend hulpmiddel kan worden voor de algemene ontwikkeling van zelfaangedreven draagbare biosensoren", zei hij.