Een team van onderzoekers van de National Tsing Hua University en National Cheng Kung University, zowel in Taiwan, heeft een goedkope, draagbaar medisch sensorpakket dat gebruikers kan waarschuwen voor medische problemen, variërend van ernstige hartaandoeningen tot kanker, volgens een studie gepubliceerd in de ECS Journal of Solid State Science and Technology .

Draagbare medische apparaten zijn een integraal onderdeel geworden van de holistische gezondheidszorg, met een enorm potentieel in monitoring, medische therapieën, diagnose, en fitness en welzijn. In combinatie met benchtop point-of-care-instrumenten die worden gebruikt in ziekenhuizen en spoedeisende zorgcentra, individuen zijn in staat om zowel preventieve zorgmaatregelen te verhogen als een completer beeld van hun gezondheid te krijgen.

Volgens de open access paper, "Field-Effect Transistor-gebaseerde biosensoren en een draagbaar apparaat voor persoonlijke gezondheidszorg, " onderzoekers hebben het ontwerp gerapporteerd, ontwikkeling, fabricage, en prototyping van een goedkoop apparaat op basis van transistors dat het C-reactieve proteïne (CRP) in bloedbanen kan meten, die, wanneer verhoogd, duidt op een ontsteking die verband kan houden met een hartaanval, hartinfarct, coronaire hartziekte, en tal van andere medische diagnoses.

"Dit apparaat zal uiteindelijk worden gemaakt als een klein handheld-apparaat, die eenvoudig verbinding kan maken met een smartphone via Bluetooth of WiFi, " zei Yu-Lin Wang, professor aan de National Tsing Hua University en co-auteur van de studie. "De gegevens kunnen in een app worden verzameld en gebruikers kunnen die gegevens naar hun arts sturen. De operatie is net zo eenvoudig als de bloedsuikermeter, waar iedereen de test met één druppel bloed overal kan doen, op elk moment."

Vanwege de hoge zoutconcentratie in bloedmonsters, de nauwkeurigheid en prestaties van op silicium gebaseerde veldeffecttransistor (FET) gebaseerde biosensoren lijden vaak. Wang en het team van onderzoekers erkenden dit uitgegeven en ontwikkelden als reactie daarop een op GaN gebaseerde hoge-elektronenmobiliteitstransistor (HEMT). die niet dezelfde prestatievermindering heeft als gevolg van de chemische inertie van GaN. Hoewel GaN duurder is dan silicium, vooruitgang in microfabricage maakt de ontwikkeling mogelijk van een extreem kleine HEMT, de kosten aanzienlijk verlagen en de weg vrijmaken voor een betaalbaar apparaat bij massaproductie.

Hoewel op FET gebaseerde biosensoren tal van potentiële voordelen hebben, er zijn aanzienlijke technologische barrières die moeten worden overwonnen voordat de apparaten kunnen worden toegepast. Omdat FET's extreem gevoelig zijn, maar hebben het potentieel om instabiel te zijn, het is vaak moeilijk om een ​​sensor te ontwikkelen die consistente resultaten oplevert. Om hun apparaat betrouwbaar en betaalbaar te maken, het team begon nieuwe, innovatieve manieren om zo min mogelijk overlast te veroorzaken. Dit werd bereikt door gebruik te maken van een meetsysteem van zeer korte pulsen.

"We hebben ook een methode ontwikkeld om het ladingsscreening-effect te overwinnen, die vaak wordt gezien in op FET gebaseerde biosensoren, " zei Wang. "Deze methodologie stelt ons in staat om het doeleiwit te detecteren zonder de klinische monsters te verdunnen of te ontzouten. Dus, we hoeven geen automaten in onze sensor of apparaat te gebruiken, wat het systeem eenvoudig en kosteneffectief kan maken. De bediening is eenvoudig en iedereen kan het. Gewoon laten vallen en klikken."

Door deze inspanningen, het onderzoeksteam was in staat om een ​​systeem te ontwikkelen dat niet alleen nauwkeurig en betaalbaar is, maar bevat een nieuwe methodologie op de sensor zelf.

"Ik geloof dat wat we hebben gecreëerd een technologie is die het potentieel heeft om door miljarden mensen te worden gebruikt, ' zei Wang.

Het vermogen van het apparaat om personen te waarschuwen voor verhoogde CRP-niveaus kan mogelijk levensreddend zijn. Momenteel, personen die het meest baat zouden hebben bij deze technologie, zijn degenen met of met een risico op hart- en vaatziekten, zoals een hartaanval of hartfalen. Bijvoorbeeld, sommige personen hebben mogelijk geen kenmerkende symptomen, zoals verpletterende pijn op de borst of ongemak, als het gaat om hartaanvallen. Echter, de draagbare biosensor kan onmiddellijk specifieke hartmarkers in het bloed testen die individuen kunnen waarschuwen dat ze een hartaanval hebben, zelfs zonder symptomen te vertonen. Alternatief, dit apparaat kan door eerstehulpverleners worden gebruikt om patiënten snel en nauwkeurig te diagnosticeren.

Personen met chronisch hartfalen kunnen met dit apparaat biomarkers volgen, die, indien verhoogd, kan wijzen op uw risico op hartfalen. Het routinematig monitoren van deze biomarkers zou effectief kunnen zijn bij het verlagen van het aantal heropnames in ziekenhuizen, wat zou kunnen leiden tot een betere kwaliteit van leven en lagere medische kosten in het ziekenhuis.

"De test duurt maar vijf minuten en één druppel bloed, en iedereen kan gewoon intuïtief weten hoe dit apparaat te gebruiken, ", zegt Wang. "De kosten van het apparaat zullen erg laag zijn, dus dit apparaat is betaalbaar voor iedereen. Wanneer de geïmmobiliseerde receptoren, zoals aptamer of antilichaam zijn veranderd, dan kunnen verschillende biomarkers worden getest. Met dit apparaat kunnen veel ziektemarkers worden gedetecteerd."

Vanwege de betekenis ervan en het transformatieve werk dat in dit werk wordt getoond, ECS-editors bestempelden het als een Editors' Choice-artikel. Editors' Choice-artikelen geven nieuwe richting aan, een nieuw begrip, en een nieuwe manier om problemen op het gerelateerde gebied aan te pakken.

"Dit werk is een demonstratie van een goedkope, draagbaar medisch sensorpakket, " zegt Fan Ren, ECS Journal of Solid State Science and Technology technisch redacteur. "Met een enkele druppel bloed plasma, dit nieuwe sensorpakket kan worden gebruikt om een ​​hartaanval of zelfs een tumor te detecteren."

Het team heeft al een prototype van een handheld-apparaat ontwikkeld, die met succes heeft aangetoond nauwkeurig, consistente resultaten. Wang gelooft dat binnen een jaar, het apparaat zal compatibel zijn met smartphones en cloud computing.

"We werken samen met ziekenhuizen en industrieën, en proberen van dit apparaat een echt product te maken, ", zegt Wang. "Ik denk dat dit apparaat in de toekomst enorme gegevens zal verzamelen, die zullen worden geanalyseerd door kunstmatige intelligentie en deel gaan uitmaken van het ecosysteem van het internet der dingen. Dit apparaat gaat een belangrijke rol spelen."