In de VS is een spotgoedkope papieren sensor bedacht die de concentratie aangeeft van een specifiek enzym in een vloeibaar monster. Het enige wat je verder nodig hebt is een horloge. Ideaal voor derdewereldlanden waar geavanceerdere analyse-apparatuur niet werkt wegens gebrek aan elektriciteit, wordt gesuggereerd in Analytical Chemistry.

De sensoren van Scott Phillips (Penn State University) en collega’s zijn opgebouwd uit een stuk of vijf laagjes vloeipapier. In elk laagje creëer je afgebakende vloeistofkanalen, door de delen waar geen vloeistof mag komen te impregneren met een hydrofobe was. Vervolgens behandel je die kanalen op strategische plekken met oplossingen van diverse reagentia. Pas als alle oplosmiddel is verdampt, plak je de laagjes op elkaar.

Het idee is vervolgens dat je je monster op het midden van de stapel papier druppelt. De vloeistof trekt om te beginnen verticaal naar beneden, dus door een aantal lagen heen. Onderweg wordt de stroom gesplitst. Na aankomst in de onderste laag gaat de helft linksaf en de andere rechtsaf. Bij de randen gaan beide stromen weer verticaal naar boven.

Onderweg lost het monster de in het papier getrokken reagentia op, en reageert daar eventueel mee. En die reagentia zijn in de linkerkant van de onderste laag net iets anders dan in de rechterkant.

In de eerste lagen die het passeert komt het monster zouten tegen die nodig zijn als voorbewerking, bijvoorbeeld als pH-buffer of als cofactor voor het enzym. Eventueel kun je er ook catalases aan toevoegen die het monster ontdoen van glucose en waterstofperoxide; waarom dat essentieel is komt straks.

Eén laag lager ontmoet het monster een specifiek substraat waar het gezochte enzym (indien aanwezig) een glucosemolecuul van zal afsplitsen.

In het linkerkanaal in de onderste laag zit het enzym glucose-oxidase, gebonden aan nanobolletjes zodat het tussen de papiervezels blijft hangen en niet met het monster mee kan. Dat glucose-oxidase splitst waterstofperoxide af van de hogerop gevormde glucose.

Het verticale kanaal, waardoor het monster uiteindelijk weer naar boven moet, bevat een oligomeer dat hydrofoob is. Zuiver water gaat er vrijwel niet doorheen maar waterstofperoxide depolymeriseert dat oligomeer, waardoor de hydrofobiciteit verdwijnt en de stroming sterk wordt versneld.

Tot slot komt het monster in de op één na bovenste laag een groene voedselkleurstof tegen. Zodra er weer vocht aan het oppervlak komt, kleurt dat oppervlak dus groen.

Samenvattend: bij de middelste pijl gaat het monster er in, en bij de buitenste pijlen zie je het groen worden.

In het rechterkanaal zit geen glucose-oxidase. Daar wordt dus nooit waterstofperoxide gevormd, en de vloeistof heeft altijd evenveel tijd nodig om weer naar boven te komen. In het linkerkanaal wordt de stroming versneld als functie van de peroxidevorming, die via de glucosevorming weer afhankelijk is van de concentratie van het gezochte enzym. Vandaar dat je die concentratie kunt aflezen aan het tijdsverschil tussen de twee groenkleuringen: hoe groter verschil, hoe meer enzym.

De intensiteit van de groene kleur doet er niet toe, wat maar goed is ook omdat kleurnuances notoir lastig zijn af te lezen. Voor variaties in omgevingstemperatuur kun je compenseren met een bijgeleverde kalibratiecurve.

De auteurs hebben het met twee verschillende enzymen uitgeprobeerd. Ze concluderen dat het meetbereik ergens van het lage femtomolaire naar het lage nanomolaire gebied loopt. Waarschijnlijk moet het lukken met elk enzym dat ergens glucose van kan afsplitsen.

bron: Analytical Chemistry, ACS