Publicação
Towards non-invasive glucose monitoring on contact lenses
| Resumo: | Diabetes mellitus, uma doença metabólica prevalente que afeta centenas de milhões de pessoas em todo o mundo, exige uma monitorização contínua da glicose para uma gestão eficaz. Os métodos atuais de monitorização da glicemia, como os glicosímetros comerciais, embora precisos, são invasivos e desconfortáveis, realçando a necessidade de alternativas não invasivas e ultrassensíveis. Os biomarcadores presentes no sangue foram encontrados em menor quantidade nas lágrimas, abrindo a possibilidade de usar o olho para monitorização não invasiva. As lentes de contacto surgem como potenciais candidatas para uma plataforma de biossensores, uma vez que mantêm contacto direto com o filme lacrimal. Aqui, apresentamos uma plataforma de deteção de glicose utilizando transístores de efeito de campo de grafeno controlados por eletrólitos (EG-GFETs) funcionalizados com enzimas glicose oxidase. A caracterização detalhada do material por espectroscopia Raman e fotoeletrônica de raios-X confirma a imobilização bem-sucedida da enzima, com um aumento acentuado do conteúdo de azoto de 0,9% para 7,6% de concentração atómica na superfície do grafeno, indicando cobertura com glicose oxidase. Os EG-GFET demonstram um limite de deteção ultrabaixo de 1 attomolar, com uma mudança consistente de voltagem do ponto de Dirac de +26 ± 4 mV e uma resposta linear a seis ordens de grandeza (até 1 picomolar, com uma sensibilidade de 10, 6 mV/década). O sensor mantém uma elevada seletividade na presença de interferentes e em lágrimas artificiais (com um limite de deteção de 100 attomolar). Com base neste conhecimento, desenvolvemos ainda uma estratégia dedicada à potencial integração de uma plataforma de deteção de glicose baseada em lentes de contacto revestidas de grafeno. Estas lentes com grafeno foram caracterizadas minuciosamente através de diversas técnicas para avaliar a sua qualidade, incluindo a morfologia, continuidade e uniformidade das camadas. O método de transferência de grafeno foi otimizado para superar desafios anteriores, como a rutura do filme e a cobertura irregular, incorporando um suporte impresso em 3D, permitindo a melhoria do processo de transferência. Foi desenvolvido um protocolo para funcionalizar o grafeno para deteção de glicose, integrando um modelo personalizado impresso em 3D que garantiu a imersão controlada e a proteção da lente durante a funcionalização. A espectroscopia Raman e as medições do ângulo de contacto foram empregues para monitorizar as modificações causadas no grafeno em cada etapa de funcionalização. Além disso, a espectroscopia ultravioleta-visível confirmou a interação bem-sucedida entre a glicose e a enzima imobilizada, com evidências de produção de peróxido de hidrogénio. |
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| Autores principais: | Abreu, Tiago dos Santos |
| Assunto: | Diabetes Monitorização de glicose Grafeno Transístores de efeito de campo Lentes de contacto Glucose monitoring Graphene Field-effect transistors Contact lenses Engenharia e Tecnologia::Nanotecnologia |
| Ano: | 2025 |
| País: | Portugal |
| Tipo de documento: | dissertação de mestrado |
| Tipo de acesso: | acesso aberto |
| Instituição associada: | Universidade do Minho |
| Idioma: | português |
| Origem: | RepositóriUM - Universidade do Minho |
| Resumo: | Diabetes mellitus, uma doença metabólica prevalente que afeta centenas de milhões de pessoas em todo o mundo, exige uma monitorização contínua da glicose para uma gestão eficaz. Os métodos atuais de monitorização da glicemia, como os glicosímetros comerciais, embora precisos, são invasivos e desconfortáveis, realçando a necessidade de alternativas não invasivas e ultrassensíveis. Os biomarcadores presentes no sangue foram encontrados em menor quantidade nas lágrimas, abrindo a possibilidade de usar o olho para monitorização não invasiva. As lentes de contacto surgem como potenciais candidatas para uma plataforma de biossensores, uma vez que mantêm contacto direto com o filme lacrimal. Aqui, apresentamos uma plataforma de deteção de glicose utilizando transístores de efeito de campo de grafeno controlados por eletrólitos (EG-GFETs) funcionalizados com enzimas glicose oxidase. A caracterização detalhada do material por espectroscopia Raman e fotoeletrônica de raios-X confirma a imobilização bem-sucedida da enzima, com um aumento acentuado do conteúdo de azoto de 0,9% para 7,6% de concentração atómica na superfície do grafeno, indicando cobertura com glicose oxidase. Os EG-GFET demonstram um limite de deteção ultrabaixo de 1 attomolar, com uma mudança consistente de voltagem do ponto de Dirac de +26 ± 4 mV e uma resposta linear a seis ordens de grandeza (até 1 picomolar, com uma sensibilidade de 10, 6 mV/década). O sensor mantém uma elevada seletividade na presença de interferentes e em lágrimas artificiais (com um limite de deteção de 100 attomolar). Com base neste conhecimento, desenvolvemos ainda uma estratégia dedicada à potencial integração de uma plataforma de deteção de glicose baseada em lentes de contacto revestidas de grafeno. Estas lentes com grafeno foram caracterizadas minuciosamente através de diversas técnicas para avaliar a sua qualidade, incluindo a morfologia, continuidade e uniformidade das camadas. O método de transferência de grafeno foi otimizado para superar desafios anteriores, como a rutura do filme e a cobertura irregular, incorporando um suporte impresso em 3D, permitindo a melhoria do processo de transferência. Foi desenvolvido um protocolo para funcionalizar o grafeno para deteção de glicose, integrando um modelo personalizado impresso em 3D que garantiu a imersão controlada e a proteção da lente durante a funcionalização. A espectroscopia Raman e as medições do ângulo de contacto foram empregues para monitorizar as modificações causadas no grafeno em cada etapa de funcionalização. Além disso, a espectroscopia ultravioleta-visível confirmou a interação bem-sucedida entre a glicose e a enzima imobilizada, com evidências de produção de peróxido de hidrogénio. |
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Atividades financiadas
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