Een startend bedrijf op basis van technologie onder licentie van Duke University wil een deel van de point-of-care-diagnostiekindustrie van $ 1 miljard verstoren door gebruik te maken van een functie die voorheen als een defect werd beschouwd:oppervlakteruwheid.

Veel diagnostische apparaten die in bloed gesuspendeerde biomarkers vangen, zijn voor hun detectie afhankelijk van fluorescerende moleculen. Hoewel deze methode populair is in commercieel gebruikte diagnostiek, er zijn alternatieve en potentieel krachtigere methoden. Deze methoden, echter, zijn momenteel beperkt tot laboratoriuminstellingen.

Een dergelijke methode maakt gebruik van piëzo-elektrische materialen - materialen die een elektrische stroom creëren wanneer ze worden belast of getrild en, omgekeerd, trillen bij aansluiting op wisselstroom. Omdat de frequentie van de trillingen verandert wanneer moleculen aan het oppervlak blijven plakken, onderzoekers kunnen de specifieke eiwitten of antilichamen die wijzen op een bepaalde ziekte vangen en detecteren.

De huidige piëzo-elektrische apparaten zijn afhankelijk van nauwkeurige fabricagemethoden die een perfect glad oppervlak produceren, omdat ruwheid de delicate metingen kan afwerpen. deze beperking, gecombineerd met de behoefte aan relatief grote monstervolumes en uitgebreide eisen op het gebied van milieucontrole, heeft ervoor gezorgd dat ze niet worden toegepast in de klinische diagnostiek, ook al hebben ze het potentieel om hooggevoelig te worden, draagbare diagnosetools.

Door een op maat gemaakte ruwheid te introduceren, echter, Zehra Parlak, een voormalig postdoctoraal onderzoeker in het laboratorium van Stefan Zauscher, de Sternberg Family Professor of Mechanical Engineering &Materials Science aan Duke, denkt dat ze een betere oplossing heeft gevonden.

"Ik ging afgelopen zomer op sollicitatiegesprek toen er een lampje ging branden in mijn hoofd, ", zei Zehra Parlak. "Ik werkte sinds 2013 aan het concept. Ik zag de commerciële applicatie pas op dat moment, en sindsdien ben ik bezig om er een bedrijf omheen te ontwikkelen."

Nagesynchroniseerd met "Qatch Technologies, " de naam van het bedrijf doet denken aan het kwartskristal dat wordt gebruikt bij de productie en de 'kwaliteitsfactor' die het controleert. Parlak's idee is om kleine microkanalen in het detectieapparaat te introduceren, het oppervlak waarop biomarkers zich kunnen vastklampen met 1000 keer vermenigvuldigen en de manier veranderen waarop de kristaltrilling op bloed reageert.

Het idee is, natuurlijk, ingewikkelder dan het klinkt. Vloeistoffen koppelen in microkanalen anders aan de detector dan wanneer ze gewoon aan het oppervlak van het apparaat worden blootgesteld. In plaats van een belemmering te zijn, echter, Parlak heeft deze eigenschap gebruikt om een ​​geoptimaliseerd platform te ontwerpen. Hoewel de details momenteel beschermd zijn, het resultaat is een gevoelig diagnostisch apparaat dat veel kleiner en robuuster is dan de huidige opties op de markt en dat slechts een fractie van het bloed nodig heeft voor het testen.

De National Science Foundation (NSF) denkt dat ze iets van plan is, hebben Qatch Technologies en Duke University een Small Business Technology Transfer (STTR) award toegekend. Dit eenjarige $ 225, 000-subsidie ​​is bestemd voor risicovolle, ideeën met een hoge beloning om de consolidering van het idee en de vorming van een businessplan te financieren.

Parlak kreeg ook begeleiding en ondersteuning van Jesko von Windheim, professor in de praktijk van milieuondernemerschap en innovatie bij Duke, en William Walker, Duke's Mattson Family Director van Entrepreneurial Ventures.

"Wat ons apparaat onderscheidt van alles wat eerder is gedaan, is de manier waarop deze sensoren zijn gefabriceerd - het materiaal, het ontwerp en de grootte, " zei Parlak. "Door alle toegepaste fysica en modellering goed te krijgen, we zijn in staat om extreem kleine hoeveelheden vloeistof te karakteriseren."

De eerste toepassing die Qatch Technologies gaat aanpakken is bloedstolling. Patiënten die bloedverdunners gebruiken, moeten hun bloed nauwlettend in de gaten houden om het risico op bloedingen te minimaliseren. Chirurgen die operaties uitvoeren op structuren met een hoge bloedstroom, moeten ervoor zorgen dat de site stolt voordat ze de procedure afsluiten. De huidige tests zijn ofwel snel maar onnauwkeurig vanwege de aanwezigheid van bloedcellen, ofwel zeer nauwkeurig, maar langzaam en invasiever vanwege het proces dat nodig is om de bloedcellen te verwijderen.

De sensoren van Qatch zijn bij uitstek geschikt voor deze toepassing. De microkanalen filteren automatisch bloedcellen uit, alleen het plasma achterlatend dat de meest nauwkeurige resultaten oplevert. De vloeistof wordt door capillaire werking in de kanalen gezogen, geen enkele pomp nodig. Resultaten worden verkregen door simpelweg de spanning te meten die wordt gegenereerd door de trillingen van de sensor, geen omvangrijke optica of camera's nodig. En voor de hele test is slechts 1 microliter bloed nodig - ongeveer de grootte van een gemiddeld zoutkristal - waardoor het verkrijgen van een monster zo eenvoudig is als een kleine vingerprik.

"Wat Qatch's onderzoek naar microfluïdische sensoren zo veelbelovend maakt, is het potentieel om het gemak van volbloedtesten te combineren met de laboratoriumkwaliteit van op plasma gebaseerde tests, " zei Ara Metjian, een hematoloog en assistent-professor aan de Duke University's School of Medicine, die zal helpen om het nieuwe apparaat te testen. "De mogelijkheid om de gezondheidszorg van miljoenen mensen op een positieve manier te beïnvloeden, is opwindend."

Na het werken met bloedstolling, Parlak hoopt zich in het bredere veld van het detecteren van biomarkers voor diagnose te begeven.

"Met de kleine hoeveelheid bloed die nodig is voor deze technologie, het is als zoeken naar een specifieke persoon in een lift versus een gigantische feestzaal, " zei Zauscher, die een mede-uitvinder van de technologie is en de onderzoeksinspanningen van de STTR-beurs bij Duke zal leiden. "Dit is een platformtechnologie die kan worden gebruikt om een ​​breed scala aan ziekten en aandoeningen op te sporen. Alle details zijn aangetoond in het laboratorium en worden goed begrepen door computermodellen. Deze subsidie ​​zal Zehra helpen om ze samen te brengen in een handpalm -formaat prototype."