Een team van onderzoekers van de Faculteit Ingenieurswetenschappen van de Universiteit van Hong Kong (HKU) heeft een systeem ter grootte van een muntstuk ontwikkeld dat zwakke elektrochemische signalen kan lezen en kan worden gebruikt voor gepersonaliseerde gezondheidsmonitoring en het meten van aandoeningen zoals diabetes, hart- en vaatziekten en geestelijke gezondheid. De ontdekking stond op de omslag van Analytical Chemistry .

Het PERFECTE systeem - een acroniem voor Personalised Electronic Reader for Electrochemical Transistors - is 's werelds kleinste systeem in zijn soort, met afmetingen van 1,5 cm x 1,5 cm x 0,2 cm en een gewicht van slechts 0,4 gram. Het is gemakkelijk draagbaar, bijvoorbeeld geïntegreerd met een smartwatch of als een patch, om continue monitoring van biosignalen zoals glucosespiegels en antilichaamconcentraties in bloed en zelfs zweet mogelijk te maken.

"Ons draagbare systeem is klein, zacht en onmerkbaar voor dragers, en het kan onze lichaamsconditie continu in de gaten houden. Deze eigenschappen betekenen dat het de potentie heeft om een ​​revolutie teweeg te brengen in de gezondheidszorgtechnologie", zegt Dr. Shiming Zhang van het Department of Electrical and Electronics. Engineering, die de HKU WISE (wearable, intelligent and soft electronics) Research Group leidt om het systeem te ontwikkelen.

De technologie betekent een grote stap voorwaarts voor organische elektrochemische transistors, die algemeen worden beschouwd als de sensortechnologie van de volgende generatie vanwege hun waterstabiliteit en hoge gevoeligheid bij lage bedrijfsspanning (millivolt), maar die tot nu toe geen geminiaturiseerde draadloos systeem om binnen te werken.

Het PERFECTE draagbare systeem vult die niche. Het kan de algehele prestaties van de elektrochemische transistor nauwkeurig karakteriseren, met een datasamplesnelheid van wel 200 kilosamples per seconde - een prestatie die vergelijkbaar is met omvangrijke commerciële apparatuur. Maar de prijs is slechts een tiende van de commerciële prijs. Het kan ook dienen als een geminiaturiseerd elektrochemisch station voor draagbare apparaten en het meten van de uitgangen van andere soorten laagspanningstransistors, zoals elektrolyt-gated veldeffecttransistoren en high-k diëlektrische gated dunne-filmtransistoren.

Het systeem kan onmiddellijk worden toegepast in meerdere draagbare systemen die zijn gebaseerd op laagspanningstransistors. De groep van Dr. Zhang heeft een start-up opgericht, SESIC, om de technologie toegankelijk te maken.

"We hebben het PERFECT-systeem kunnen ontwikkelen vanwege de unieke, interdisciplinaire cultuur in de HKU WISE Research Group, waar onderzoekers uit de elektrotechniek, toegepaste chemie, biomedische technologie, micro-elektronica en software-engineering deel van uitmaken. Ik heb er ook een punt van gemaakt om rekruteren jonge, veelbelovende studenten en postdoctorale studenten voor ons team," zei Dr. Zhang, die sinds 2013 werkt aan draagbare technologieën voor digitale gezondheidszorg, toen hij een Ph.D. leerling.

De WISE-studenten hebben meerdere prijzen gewonnen voor hun creatieve innovaties op het gebied van draagbare gezondheidstechnologie, waaronder de Hong Kong Academy of Engineering Sciences (HKAES) 2021-22 University Pitch Competition on Global Grand Challenges, die hen kwalificeerde als een van de slechts vijf teams uit China voor de internationale studentencompetitie van de 5e Global Grand Challenges Summit; De Materials Research Society (MRS) Best Presentation Award (herfst 2021); De IEEE Engineering in Medicine and Biology Society Project Competition Award (2021); en The InnoShow Awards (twee keer gewonnen, 2021 en 2022).

"De visie voor WISE is om de overgang van 'ziekenhuisgerichte' naar 'mensgerichte' gezondheidszorg te bevorderen door de volgende generatie draagbare, intelligente en zachte elektronicatechnologieën te ontwikkelen - vandaar de naam WISE," zei professor Zhang. + Verder verkennen

Focus op organische transistors voor gezondheidssensoren in levende organismen