Düşük maliyetli plastik sensörler: insan sağlığını izlemek için kullanılabilir!
Kılavuz
Son zamanlarda, Cambridge Üniversitesi ve Birleşik Krallık'taki Kral Abdullah Bilim ve Teknoloji Üniversitesi (KAUST) liderliğindeki uluslararası bir bilimsel araştırma ekibi, yarı iletken plastikten yapılmış düşük maliyetli bir sensör geliştirdi. Bu sensör, çeşitli sağlık koşullarını teşhis etmek veya izlemek için kullanılabilir. Ameliyat veya nörodejeneratif hastalıkların komplikasyonları.
arka fon
Biyosensörler, disiplinler arası entegrasyona sahip son teknoloji bir bilim ve teknoloji alanı olarak, son yıllarda tüm dünyada yaygın bir ilgi gördü. Adından da anlaşılacağı gibi, bir biyosensör, biyolojik maddelere duyarlı olan ve konsantrasyonu tespit için bir elektrik sinyaline dönüştürebilen bir sensör cihazına atıfta bulunur.
Biyosensör, tanımlayıcı öğelerden, yani immobilize edilmiş biyolojik olarak hassas malzemelerden (enzimler, antikorlar, antijenler, mikroorganizmalar, hücreler, dokular, nükleik asitler ve diğer biyolojik olarak aktif maddeler dahil), uygun fiziksel ve kimyasal dönüştürücülerden (oksijen elektrotları, ışığa duyarlı tüpler, alan etkileri gibi) oluşur Tüpler, piezoelektrik kristaller vb.) Ve sinyal yükseltme cihazları, analiz araçlarını veya sistemlerini oluşturur.
Yazar, daha önce biyosensörlerle ilgili birçok araştırma sonucu sunmuştur. İşte sizi tekrar incelemeye götürecek üç klasik durum:
1) Amerika Birleşik Devletleri'ndeki Cincinnati Üniversitesi tarafından geliştirilen ter sensörü, kullanıcı serin ve rahat tutulurken ter elde edebilir ve kullanıcının sağlığını ve hatta zihinsel stresini analiz edebilir.
(Resim kaynağı: Cincinnati Üniversitesi)
2) Güney Kore'deki Daegu Kyungbuk Bilim ve Teknoloji Enstitüsü'nün bilimsel araştırma ekibi, mevcut biyosensörden 20 kat daha hızlı olan yeni bir entegre biyosensör çip laboratuvarı platformu geliştirmek için örümcek ağı mikro manyetik modelini kullandı. Bu teknoloji, kanser ve diğer hastalıkların erken teşhisi ve tekrar teşhisi için kullanılabilir.
(Resim kaynağı: Daegu Kyungbuk Bilim ve Teknoloji Enstitüsü)
3) Kaliforniya Üniversitesi, San Diego tarafından geliştirilen düşük maliyetli grafen biyosensör çipi, gen mutasyonlarını gerçek zamanlı olarak tespit edebilir. Hayati tehlike arz eden birçok hastalığın erken teşhisi ve taranması için büyük atılımlar getirmesi beklenmektedir.
(Resim kaynağı: California Üniversitesi, San Diego)
Yenilikçilik
Bugün herkes için yeni bir düşük maliyetli biyosensör tanıtmak istiyorum.
Son zamanlarda, Cambridge Üniversitesi ve Birleşik Krallık'taki Kral Abdullah Bilim ve Teknoloji Üniversitesi (KAUST) liderliğindeki uluslararası bir bilimsel araştırma ekibi, ameliyat gibi çeşitli sağlık koşullarını teşhis etmek veya izlemek için kullanılabilen yarı iletken plastikten yapılmış düşük maliyetli bir sensör geliştirdi. Komplikasyonlar veya nörodejeneratif hastalıklar. Araştırma sonuçları "Science Advances" dergisinde yayınlandı.
(Resim kaynağı: Cambridge Üniversitesi)
teknoloji
Bu sensör, kandaki ter, gözyaşı, tükürük, laktik asit veya glikoz gibi bazı önemli metabolitlerin miktarını ölçebilir. Teşhis ekipmanına entegre edildiğinde sağlık koşullarını hızlı, ucuz ve doğru bir şekilde izleyebilir. Bu yeni cihazın tasarımı, mevcut sensörlerden çok daha basittir ve hücre düzeyinde sağlık izleme için çok çeşitli yeni olanaklar sunar.
Şu anda, araştırmada kullanılan yarı iletken plastikler, güneş pillerinin ve esnek elektroniklerin geliştirilmesinde kullanılmaktadır, ancak biyolojik alanda yaygın olarak kullanılmamıştır.
Cambridge Üniversitesi Kimya Mühendisliği ve Biyoteknoloji Bölümü'nde doktora sonrası araştırmacı ve makalenin baş yazarı Dr. Anna-Maria Pappa şunları söyledi: "Araştırmamızda, enzimleri algılama malzemesi olarak kullanan geleneksel elektrokimyasal sensörlerin birçok sınırlamasını aştık. Geleneksel biyosensörlerde , Sensör elektrotu ile algılama malzemesi arasındaki iletişim çok verimli değildir, bu nedenle sinyali "geliştirmek" için moleküler kablolar eklemek gerekir. "
Sensörlerini geliştirmek için Pappa ve meslektaşları, Imperial College London tarafından yeni sentezlenen bir polimeri, elektrokimyasal reaksiyon sırasında üretilen elektronları doğrudan almak için bir moleküler tel olarak kullandılar. Malzeme ter, gözyaşı ve kanla temas ettiğinde iyonları emer ve şişer ve sıvıyla kaynaşır. Metal elektrotlardan yapılan geleneksel sensörlerle karşılaştırıldığında, hassasiyeti önemli ölçüde daha yüksektir.
Ek olarak, sensör bir transistör gibi daha karmaşık bir devre ile birleştirildiğinde, sinyal büyütülecek ve cihazın boyutu küçültülse bile metabolitlerin konsantrasyonundaki küçük dalgalanmalara yanıt verecektir.
Sensörün ilk testi, sağlık uygulamaları veya hastaların ameliyat sonrası takibi için yararlı olan laktik asit seviyesini ölçmektir. Bununla birlikte, araştırmacılar, sensörün glikoz veya kolesterol gibi diğer metabolitleri tespit etmek için uygun enzimleri içerecek şekilde basitçe değiştirilebileceğini iddia ediyorlar. Ayrıca sensör tarafından algılanan konsantrasyon aralığı, cihazın geometrisi değiştirilerek ayarlanabilir.
değer
Pappa şunları söyledi: "Bu, metabolitleri doğrudan izlemek için enzimler arasındaki iletişimi iyileştirmek için ayarlanabilen elektron alıcı bir polimerin ilk kullanımıdır. Bundan önce, bu tür bir izleme doğrudan yapılamazdı. Algılama alanı yeni yönler açtı. Malzemeler, belirli metabolitlerle etkileşime girecek şekilde tasarlanarak çok daha iyi hassasiyet ve seçiciliğe sahip sensörler elde edilebilir. "
Sensör, altın veya platin gibi metallerden oluşmadığından, üretim maliyeti nispeten düşüktür ve giyilebilir veya implante edilebilir algılama uygulamalarını gerçekleştirmek için gerilebilir esnek bir alt tabaka ile kolayca birleştirilebilir.
Pappa şunları söyledi: "İmplante edilebilir cihazlar, tedavinin başlangıcını tahmin etmek veya değerlendirmek için beyin metabolik aktivitesini stres koşulları altında gerçek zamanlı olarak tespit etmemize izin veriyor."
Şu anda araştırmacılar, insan hücrelerinin metabolik aktivitesini in vitro olarak gerçek zamanlı olarak tespit edebilen bir sensör geliştirmeyi planlıyor. Pappa'nın biyoelektronik sistemleri ve teknoloji ekibi, organlarımızı taklit eden ve bu modelleri gerçek zamanlı olarak doğru bir şekilde değerlendiren yaklaşık modeller geliştirmeye odaklanıyor. İlaçların etkinliğini ve toksisitesini test etmek için bu modellerle birlikte gelişmiş sensör teknolojisi kullanılabilir.
Anahtar kelime
Sensör, tıbbi, polimer
Referans
[1]
[2] A.M. Pappa ve diğerleri "Bir n-tipi birikim modu organik elektrokimyasal transistör ile doğrudan metabolit tespiti." Science Advances (2018). DOI: 10.1126 / sciadv.aat0911
