Een nieuw medisch-diagnostisch apparaat gemaakt van papier detecteert biomarkers en identificeert ziekten door elektrochemische analyses uit te voeren - alleen mogelijk gemaakt door de aanraking van de gebruiker - en leest de kleurgecodeerde testresultaten voor, waardoor het voor niet-experts gemakkelijk te begrijpen is.

"Je zou dit kunnen beschouwen als een draagbaar laboratorium dat gewoon helemaal van papier is gemaakt, is goedkoop en kan worden verwijderd door verbranding, " zei Ramses V. Martinez, een assistent-professor industriële en biomedische technologie aan de Purdue University. "We hopen dat deze apparaten ongetrainde mensen in afgelegen dorpen of militaire bases zullen helpen om te testen op een verscheidenheid aan ziekten zonder dat er een elektriciteitsbron nodig is. schoon water, of extra uitrusting."

De zelfaangedreven, op papier gebaseerde elektrochemische apparaten, of SPED's, zijn ontworpen voor gevoelige diagnostiek op het "point-of-care, " of wanneer zorg wordt geleverd aan patiënten, in regio's waar het publiek beperkte toegang heeft tot hulpmiddelen of geavanceerde medische apparatuur.

"SPED's zijn goedkoop, lichtgewicht, ?exibel en gemakkelijk te gebruiken, ', zei Martínez.

Onderzoeksresultaten worden gedetailleerd beschreven in een paper die op 22 augustus verschijnt Geavanceerde materiaaltechnologieën .

De test wordt gestart door een speldenprikje bloed in een cirkelvormige functie op het apparaat te plaatsen, die minder dan twee inch in het vierkant is. SPED's bevatten ook "zelfpipetterende testzones" die in een monster kunnen worden gedompeld in plaats van een vingerpriktest te gebruiken.

De bovenste laag van de SPED is vervaardigd met onbehandeld cellulosepapier met hydrofobe "domeinen" met patronen die kanalen definiëren die bloedmonsters opzuigen voor testen. Deze "microfluïdische kanalen" zorgen voor nauwkeurige testen die van kleur veranderen om specifieke testresultaten aan te geven. Er is ook een diagnostische toepassing voor machinevisie gemaakt om elk van deze "colorimetrische" tests automatisch te identificeren en te kwantificeren op basis van een digitaal beeld van de SPED, misschien genomen met een mobiele telefoon, om snelle diagnostische resultaten aan de gebruiker te bieden en consultatie door experts op afstand te vergemakkelijken.

De onderste laag van de SPED is een "tribo-elektrische generator, " of TEG, die de elektrische stroom genereert die nodig is om de diagnostische test uit te voeren door er simpelweg op te wrijven of erop te drukken. De onderzoekers ontwierpen ook een goedkoop handheld-apparaat, een potentiostaat genaamd, die eenvoudig op de SPED kan worden aangesloten om de diagnostische tests te automatiseren, zodat ze door ongetrainde gebruikers kunnen worden uitgevoerd. De batterij die de potentiostaat van stroom voorziet, kan worden opgeladen met behulp van de TEG die in de SPED's is ingebouwd.

"Voor zover we weten, dit werk meldt de eerste zelfaangedreven, op papier gebaseerde apparaten die snelle, nauwkeurig, en gevoelige elektrochemische testen in combinatie met een goedkope, draagbare potentiostaat die kan worden opgeladen met behulp van een op papier gebaseerde TEG, ', zei Martínez.

Hij was co-auteur van het artikel met afgestudeerde studenten Aniket Pal en Debkalpa Goswami; gastwetenschappers Hugo E. Cuellar en Heloisa F. N. Caurin; en Randy Kuang, een middelbare scholier die meedeed aan het onderzoek.

Het onderzoekspaper beschrijft de SPED's, de draagbare potentiostaat en een machine-vision-algoritme dat de kleurgecodeerde informatie kan herkennen. De paper is online beschikbaar op http://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/admt.201700130/full. SPED's zijn compatibel met massaprinttechnologieën, zoals roll-to-roll printen of spray depositie. Ze kunnen "gemultiplexte" analyses uitvoeren, waardoor een zeer gevoelige en nauwkeurige detectie mogelijk is

van verschillende doelen voor een reeks point-of-care-testtoepassingen. En ze kunnen worden gebruikt om andere elektronische apparaten van stroom te voorzien om telegeneeskundetoepassingen mogelijk te maken in omgevingen met beperkte middelen.

De SPED's werden gebruikt om biomarkers zoals glucose, urinezuur en L-lactaat, ketonen, en witte bloedcellen, die wijzen op factoren die verband houden met de lever- en nierfunctie, ondervoeding en bloedarmoede. Toekomstige versies van de technologie zullen verschillende extra lagen bevatten voor complexere tests om ziekten zoals knokkelkoorts, knokkelkoorts, gele koorts, malaria, hiv en hepatitis, zei Martínez.