Esnek ultra ince organik sensör: Enflamasyonu hızla tespit edebilir!
Kılavuz
Son zamanlarda, Hong Kong Üniversitesi'nden bir araştırma ekibi, C-reaktif proteini doğrudan algılayabilen tıbbi bir katetere entegre edilmiş bir C-reaktif protein sensörü geliştirdi. Bu ultra ince esnek organik sensör, biyolojik bilgileri gerçek zamanlı olarak ölçebilir ve hastaların sağlığını izleyebilir.
arka fon
Silikon gibi malzemelerden yapılan inorganik yarı iletkenlerin aksine, organik yarı iletkenler genellikle organik malzemelerden yapılır ve genellikle bükülebilir veya gerilebilirler. Organik yarı iletkenler hakkında size daha sezgisel ve spesifik bir anlayış kazandırmak için, önce tanıttığım üç tipik durumu gözden geçirelim:
1) Stanford Üniversitesi'ndeki araştırmacılar tarafından geliştirilen esnek, organik ve biyolojik olarak parçalanabilir elektronik ekipman. Yalnızca çevre dostu olmakla kalmaz, aynı zamanda mükemmel biyouyumluluğa sahiptir, bu nedenle giyilebilir elektronik cihazlarda, implante edilebilir cihazlarda ve diğer alanlarda kullanılabilir.
(Resim kaynağı: Stanford Üniversitesi / Bao laboratuvarı)
2) Amerika Birleşik Devletleri'ndeki Massachusetts Teknoloji Enstitüsü, düşük maliyetli organik malzemeleri (karbon içeren) esnek ve şeffaf grafen elektrotlarla birleştiren esnek ve şeffaf bir organik güneş pili geliştirdi.
(Resim kaynağı: MIT)
3) Kore Bilim ve Teknoloji Akademisi'nin bilimsel araştırma ekibi, yalnızca mevcut endüstri standardı programlama voltajıyla aynı değil, aynı zamanda verilerin uzun süre saklanması beklenen ultra esnek bir organik flash bellek geliştirdi, bu da esnek giyilebilir elektronik cihazlara ve istihbarata fayda sağlayacak Kağıdın gelişimi.
(Resim kaynağı: KAIST)
Genel olarak konuşursak, film ne kadar ince olursa bükme yeteneği o kadar güçlüdür. Bükme kabiliyetinin yanı sıra, daha ince ve daha küçük cihazların tepki süreleri de daha hızlıdır. Bu, özellikle anlık bilgi gerektiren sensör uygulamaları için önemlidir. Süper esnek sensörler günümüzde çok popüler bir araştırma alanıdır ve uygulamaları arasında elektronik ürünler ve akıllı algılama bulunmaktadır.
Yenilikçilik
Yakın zamanda, University of Hong Kong (HKU) araştırma ekibi, Paddy Chan Kwok-leung, Ph.D., Ph.D., Department of Mechanical Engineering ve Profesör Gilberto Leung Ka-kit, Department of Surgery ve Anderson Tsang, Ph.D., Cerrahi Chun-on) ve Farmakoloji ve Eczacılık Bölümü'nden Profesör Xu Aimin ortaklaşa bir tıbbi katetere entegre edilmiş bir C-reaktif protein (CRP) sensörü geliştirdiler ve bu sensör, C-reaktif proteini doğrudan algılayabilir.
Aşağıda resim: Araştırma üyeleri (soldan) Bay Ji Xudong, Dr. Chen Guoliang ve Profesör Liang Jiajie.
(Resim kaynağı: Hong Kong Üniversitesi)
Aşağıdaki şekil şunları göstermektedir: a) Kan damarına implante edilen tıbbi kateter ve C-reaktif protein sensörünün kavramsal diyagramı . b) İndüklenen akımdaki değişim ile C-reaktif protein konsantrasyonu arasındaki ilişki.
(Resim kaynağı: Hong Kong Üniversitesi)
Son zamanlarda, bu araştırmanın sonuçları "Advanced Science" dergisinde yayınlandı.
teknoloji
Kandaki C-reaktif protein konsantrasyonu, hastalardaki inflamasyon düzeyini yansıtan önemli bir göstergedir. Şu anda, kan analizinin tespit yöntemleri hastalara gerçek zamanlı bilgi sağlayamamaktadır. İnsan vücudundaki belirli proteinlerin veya belirteçlerin düzeylerindeki değişiklikleri sürekli izlemek için en yaygın yöntem düzenli olarak kan testleri yapmaktır. Bununla birlikte, her test en az birkaç saat veya daha uzun sürer ve gerçek zamanlı bilgi sağlayamaz. Şu anda, Dr. Chen'in ekibi tarafından geliştirilen organik sensör biyolojik bilgileri gerçek zamanlı olarak ölçebiliyor ve yalnızca çok az miktarda örneğe ihtiyaç var.
Geçmişte, 1 mikrondan daha az kalınlığa sahip (bir Asya saçının yaklaşık 1 / 50'si) ultra ince esnek bir sensör üretim süreci geliştirmek son derece zordu. Biriktirme veya aktarma işlemi sırasında, bu ultra ince sensörler kırışıklıklara veya kırılmaya çok yatkındır. Sensörü korumak ve aşırı ortamlarda (yüksek sıcaklık, nem vb. Gibi) normal çalışmasını sağlamak için, kapsülleme katmanının nasıl bırakılacağı başka bir engel haline gelmiştir.
Hong Kong Üniversitesi araştırma ekibi tarafından geliştirilen C-reaktif protein sensörü, bu ultra ince sensör konsepti gösteriminin sadece bir örneğidir. Bu sensör konseptini göstermek için nörotransmiter sensörleri, bakteri sensörleri gibi diğer sensörler de kullanılabilir. Yüksek hassasiyet ve hızlı yanıt süresine ek olarak, bir başka önemli başarı da ultra ince, ultra esnek sensörün hastanelerde kullanılan standart dezenfeksiyon prosedürleriyle uyumlu olmasıdır.
Dr. Chen'in ekibi tarafından geliştirilen "kapsül benzeri" CTYOP kapsülleme katmanı, cihazın yüksek basınca, yüksek sıcaklığa ve neme dayanmasını sağlar. Yalnızca 250 nanometre kalınlığa sahip CTYOP kapsülleri kullanılarak, cihaz, performans düşüşü olmadan 30 dakikaya kadar kaynar su veya buhar sterilizasyonuna dayanabilir.
Aşağıdaki şekil şunları göstermektedir: a) Sensörün 100 derece buhar sterilizasyonundan önceki ve sonraki durumu. b) 30 dakika süreyle 100 derece buhar sterilizasyonundan sonra sensör hareketliliğinin ve eşik voltajının değişimi (cihaz performans indeksi).
(Resim kaynağı: Hong Kong Üniversitesi)
Bu sterilizasyon prosedürleriyle uyumlu olma yeteneği, cihazın diğer tıbbi aletlerle birlikte steril bir ameliyathanede kullanılmasına izin verir. Sensörleri farklı tıbbi cihazlara aktarmak için Dr. Chen'in doktora öğrencisi Ji Xudong, hidrofilik ve hidrofobik çift katmanlı bir plastik alt tabaka kullandı. Su ile temas ettiğinde cam destekten kolaylıkla ayrılabilir. Bu kayan özellik, sensörün farklı alt tabakalara veya nesnelere aktarılmasını kolaylaştırır ve daha da önemlisi, farklı nesneler arasında aktarılırken, cihazın performansı düşmez.
Aşağıdaki resim şunları göstermektedir: anevrizma klipsine aktarılan ultra ince sensör, 3 boyutlu yazdırılmış kalp ve rahat ve sıkıştırılmış bir durumda cilt üzerindeki fotoğraf. Ölçek çubuğu 5 mm'dir ve büyütülmüş görüntüdeki ölçek çubuğu 500 mikrondur.
(Resim kaynağı: Hong Kong Üniversitesi)
değer
Bu organik sensörün toplam kalınlığı 1 mikrondan azdır (bir Asya saçının çapının yaklaşık 1 / 50'si), bu da örnekleme ve veri toplama süresinden mevcut birkaç saatten 10 dakikanın altına kadar önemli ölçüde tasarruf sağlar. Yani iltihabın test edilmesi ve tedavisi 30 kat hızlandırılabilir. Sinyallerin gerçek zamanlı olarak okunması, doktorların gerekli tedavi önlemlerini hemen almaları için çok yararlıdır.
Dr. Chen'in ekibi tarafından geliştirilen esnek elektronik cihaz, biyolojik bilgilerin gerçek zamanlı ölçümünü kavramsal olarak göstermektedir. Bu cihaz, hastaların sağlık durumunu ayırt etmek için yeterli olan 1ug / mL kadar düşük C-reaktif protein konsantrasyonunu tespit edebilir.
gelecek
Gelecekte, Dr. Chen ve ekibi, cihazın algılama yeteneklerini daha da iyileştirmek için nörotransmiterleri ve basınç sensörlerini mevcut kateterlere entegre edecek. Ekip ayrıca hayvan klinik testleri için bir sensör platformu geliştirecek. Ekip, kan için C-reaktif protein sensörüne ek olarak, kafa travması ve inme hastalarına değerli bilgiler sağlamak için diğer biyobelirteçleri, özellikle nörotransmiterleri veya beyin omurilik sıvısından alınan diğer bilgileri ölçmeyi planlıyor. Gerçek zamanlı bilgi.
Hong Kong Üniversitesi Mühendislik Fakültesi ve Li Ka-shing Tıp Fakültesi'nden araştırma ekipleri de beyinden veya vücudun diğer bölümlerinden gelen değerli biyomedikal bilgileri ölçmek ve izlemek için büyük bir veri sistemi geliştirmek için çalışıyor. Veriler bu düşük maliyetli sensörlerle elde edildikten sonra, ekip, gerçek zamanlı izleme sinyallerinin doktorların hastaların iyileşmesine yardımcı olmak için acil önlemler almasına izin vereceğini umuyor.
Anahtar kelime
Tıp, sensörler, organik elektronik
Referans
[1] https://www.hku.hk/press/news_detail_18072.html
2 Xudong Ji, Pengcheng Zhou, Ling Zhong, Aimin Xu, Anderson C. O. Tsang, Paddy K. L. Chan. Algılanamaz Organik Transistöre Dayalı C-Reaktif Protein Algılama için Akıllı Cerrahi Kateter İleri Bilim, 2018; 5 (6): 1701053 DOI: 10.1002 / advs.201701053
