Anders dan de anorganische tegenhangers zoals silicium, organische halfgeleiders kunnen werken onder buigen of strekken. Gewoonlijk kan een dunnere film een ​​sterker buigvermogen hebben. Behalve buigen, een dunner of kleiner apparaat kan ook een snellere responstijd bieden, wat vooral belangrijk is voor sensortoepassingen als onmiddellijke informatie nodig is. Deze ultraflexibele sensoren zijn zeer populaire onderzoeksgebieden en hun toepassingen omvatten elektronische, slimme detectie en etc.

Onlangs, een onderzoeksteam van de Universiteit van Hong Kong (HKU) onder leiding van Dr. Paddy Chan Kwok-leung van de afdeling Werktuigbouwkunde, in samenwerking met Professor Gilberto Leung Ka-kit (Tsang Wing-Hing Professor in Clinical Neuroscience) en Dr. Anderson Tsang Chun-on of Surgery, en professor Xu Aimin van de afdeling Farmacologie en Farmacie, hebben een C-reactief proteïne (CRP)-sensor ontwikkeld die is geïntegreerd in een medische katheter voor directe CRP-detectie (Figuur 1). Deze organische sensor heeft een totale dikte van minder dan één micrometer (~1/50 van Aziatisch mensenhaar), die de tijd voor het verzamelen van monsters en gegevens aanzienlijk kan besparen, van momenteel enkele uren tot 10 minuten of minder. Met andere woorden, het testen en genezen van ontstekingen kan 30 keer worden versneld. Het real-time uitlezen van het signaal heeft een groot potentieel om de artsen in staat te stellen de nodige onmiddellijke acties te ondernemen.

Dit mechanisch flexibele organische elektronische apparaat, ontwikkeld door het team van Dr. Chan, als demonstratie van het concept, is om de biologische informatie in realtime te meten. Dit apparaat kan het CRP-niveau tot 1ug/ml detecteren, en dus meer voldoende om de gezondheidstoestand van de patiënten af ​​te wijken. De onderzoeksbevinding is onlangs gepubliceerd in het tijdschrift Geavanceerde wetenschap .

Het CRP-gehalte in het bloed is een belangrijke indicator die het niveau van de ontsteking van patiënten weerspiegelt. Het wordt momenteel getest door middel van bloedanalyse die geen realtime informatie over de patiënten kan geven. Om sommige eiwitten of biomarkerniveaus in het menselijk lichaam continu te controleren, de gebruikelijke aanpak is om elke bepaalde periode een regelmatige bloedanalyse uit te voeren. Echter, het zou nog uren of langer nodig hebben om één test te voltooien en er kan geen realtime informatie worden verstrekt. Het huidige organische apparaat dat is ontwikkeld door het team van Dr. Chan kan de biologische informatie in realtime meten met een zeer klein monstervolume.

Vroeger, om een ​​ultradun apparaat te ontwikkelen met een dikte van minder dan 1 mm (~1/50 van Aziatisch mensenhaar) om conforme en flexibele toepassing mogelijk te maken, hun verzinsels waren zeer uitdagend. Deze ultradunne apparaten zijn gemakkelijk te verkreukelen en te breken tijdens de afzettings- en overdrachtsprocessen. De afzetting van de inkapselingslaag om het apparaat te beschermen onder extreme bedrijfsomstandigheden zoals hoge temperatuur, vochtigheid, en etc is een andere hindernis.

De door het HKU-onderzoeksteam ontwikkelde CRP-sensor is slechts één voorbeeld om het concept van de ultradunne apparaten te demonstreren. Andere sensoren zoals neurotransmitters, en bacteriesensoren kunnen ook worden gebruikt. Afgezien van de hoge gevoeligheid en snelle responstijd, een andere belangrijke prestatie van dit ultradunne en ultraflexibele sensorapparaat is hun compatibiliteit met de standaard sterilisatieprocessen die in de ziekenhuizen zijn aangepast. Het team van Dr. Chan heeft een "capsule-achtige" CTYOP-inkapselingslaag ontwikkeld waardoor het apparaat bestand is tegen hoge druk, temperatuur en vochtigheidsmilieu. Door een CYTOP-capsule te gebruiken met slechts 250 nm, dit apparaat is langer dan 30 minuten bestand tegen kokend water of hete stoom zonder prestatievermindering (Figuur 2). Deze sterilisatiecompatibiliteit maakt het apparaat een geschikt hulpmiddel om samen met chirurgische instrumenten te worden gebruikt in operatiekamers die een aseptische omgeving vereisen.

Om de sensoren op verschillende medische apparaten over te brengen, een doctoraat student van het team van Dr. Chan, Meneer Ji Xudong, aangepast een hydrofiel-hydrofoob dubbellaags plastic substraat dat gemakkelijk kan worden losgemaakt van de glazen houder zodra het in contact komt met water. Dergelijke zwevende eigenschappen maken het overbrengen van de sensoren op verschillende substraten of objecten een stuk eenvoudiger en belangrijker, het apparaat vertoont geen prestatievermindering na overdracht tussen verschillende onderwerpen (Figuur 3).

In de toekomst, Dr. Chan en zijn team zullen de detectiekracht van de apparaten verder verbeteren door neurotransmitters en druksensoren op de katheter te integreren. Het team zal ook een sensorplatform ontwikkelen voor de klinische proeven op dieren. Behalve de CRP-sensor voor het bloed, het team is ook van plan om andere biomarkers te meten, met name de neurotransmitters of andere informatie uit de cerebrospinale vloeistof die waardevolle realtime informatie kan opleveren over de patiënten die lijden aan hoofdletsel of beroertes. Het team van HKU Engineering and Medicine streeft ook naar het ontwikkelen van een big data-systeem om continu verschillende waardevolle biomedische informatie uit de hersenen of andere delen van het lichaam te meten en te monitoren. Zodra de gegevens beschikbaar komen door gebruik te maken van deze goedkope sensoren, het team hoopt dat de realtime gemeten signalen de artsen in staat kunnen stellen onmiddellijk actie te ondernemen om de patiënten te genezen.