Zespół naukowców z Penn State University opracował nową, nieinwazyjną metodę monitorowania stężenia witaminy B6 oraz glukozy w pocie. Odkrycie, opublikowane w czasopiśmie Composites Part B: Engineering, może znacząco zmienić sposób, w jaki pacjenci z cukrzycą i innymi chorobami przewlekłymi kontrolują swój stan zdrowia – bez konieczności wykonywania kosztownych i inwazyjnych badań krwi.
Rola witaminy B6 w organizmie
Witamina B6 (pirydoksyna) jest niezbędna do prawidłowego funkcjonowania układu nerwowego, odpornościowego i krwiotwórczego. Niedobory tej witaminy mogą prowadzić do rozdrażnienia, depresji, niedokrwistości, drętwienia kończyn czy mimowolnych skurczów mięśni. U osób z cukrzycą często obserwuje się obniżone stężenia witaminy B6, co może dodatkowo pogarszać ogólną kondycję fizyczną i psychiczną.
Dotychczas jedyną metodą oceny poziomu witaminy B6 były badania krwi wykonywane w laboratorium. Zespół kierowany przez prof. Huanyu „Larry’ego” Chenga, inżyniera i specjalistę w dziedzinie nauk materiałowych z Penn State, opracował alternatywne, bezbolesne i nieinwazyjne rozwiązanie oparte na analizie potu.
Konstrukcja i działanie sensora
Nowy biosensor został opracowany w formie platformy nakładanej bezpośrednio na skórę. Urządzenie potrafi wykrywać nawet śladowe ilości witaminy B6 w pocie, a równocześnie umożliwia precyzyjny pomiar poziomu glukozy – co jest szczególnie istotne dla pacjentów z cukrzycą.
Aby osiągnąć tak wysoką czułość, badacze zastosowali nanokompozyty grafenowe wytwarzane metodą laserową (Laser-Induced Graphene, LIG). Na ich powierzchni umieszczono polimery z odciskiem molekularnym (MIP, Molecularly Imprinted Polymers), które pełnią funkcję sztucznych enzymów, selektywnie wiążących cząsteczki witaminy B6 lub glukozy.
Jak wyjaśnia prof. Cheng, MIP działają podobnie do enzymów lub przeciwciał – rozpoznają cząsteczkę docelową i dopasowują się do niej jak element układanki. Dzięki temu biosensor uzyskuje wysoką swoistość i precyzję pomiaru.
Prussian blue jako wskaźnik elektrochemiczny
Aby przekształcić reakcję chemiczną w sygnał elektryczny, naukowcy połączyli MIP z tzw. sondami redoksowymi z błękitem pruskim (Prussian blue). Zmiana prądu elektrycznego w obecności witaminy B6 lub glukozy pozwala precyzyjnie określić ich stężenie.
Średni poziom witaminy B6 w pocie wynosi około 100 nanomoli, natomiast opracowany czujnik wykrywa wartości już od 0,93 nanomola. W przypadku glukozy granica detekcji wynosi 93 nanomole, co czyni ten system jednym z najczulszych biosensorów dostępnych w testach eksperymentalnych.
Zastosowanie kliniczne i dalsze perspektywy
Monitorowanie poziomu witaminy B6 może mieć duże znaczenie kliniczne, ponieważ jej wahania mogą świadczyć o obniżonej odporności lub zaburzeniach metabolicznych.
– „Wahania poziomu witaminy B6 w pocie mogą wskazywać, że pacjent jest bardziej podatny na infekcje, zwłaszcza przy współistniejących chorobach przewlekłych, takich jak cukrzyca” – tłumaczy prof. Cheng.
Platforma sensoryczna oparta na MIP ma charakter modułowy – wystarczy zmienić polimer, aby sensor mógł wykrywać inne biomarkery, np. hormony płciowe czy białka związane z zakażeniami, takimi jak sepsa.
Finansowanie i współpraca
Badania zostały sfinansowane przez National Institutes of Health (NIH), National Science Foundation (NSF) oraz Penn State University.
Źródło: Composites Part B: Engineering
DOI: https://doi.org/10.1016/j.compositesb.2025.112843
