Diagnosticarea medicală la domiciliu ar putea fi făcută cu un cip alimentat de smartphone

O echipă de cercetare de la University of Minnesota a dezvoltat un cip microfluidic pentru diagnosticarea medicală la domiciliu care are un număr minim de componente și poate fi alimentat fără fir de un telefon.

Inovația va putea permite efectuarea de teste medicale la domiciliu mai rapide și mai accesibile. Lucrarea cercetătorilor este publicată în Nature Communications.

• Mitul copilului singur la părinți: De ce prejudecățile despre egoism sunt false?
• Știința explică de ce, indiferent cât ai mâncat, mai ai loc și pentru desert

Microfluidica implică studiul și manipularea lichidelor la scară foarte mică. Una dintre cele mai populare aplicații în domeniu este dezvoltarea tehnologiei de „laborator într-un cip” (lab-on-a-chip) sau capacitatea de a crea dispozitive care pot diagnostica boli dintr-o probă biologică foarte mică de sânge sau urină, de exemplu.

Oamenii de știință au deja dispozitive portabile pentru diagnosticarea unor afecțiuni, de exemplu, teste rapide de antigen COVID-19.

Diagnosticarea medicală la domiciliu ar putea deveni mai facilă

Cu toate acestea, un mare obstacol pentru proiectarea de cipuri de diagnostic mai sofisticate care ar putea, de exemplu, să identifice tulpina specifică a COVID-19 sau să măsoare biomarkeri precum glucoza sau colesterolul, este faptul că acestea au nevoie de atât de multe piese mobile, scrie Medical Xpress.

Acest tip de cipuri ar necesita materiale pentru a sigila lichidul din interior, pompe și tuburi pentru a manipula lichidul și fire pentru a activa acele pompe, toate fiind materiale greu de redus la nivelul micro.

Cercetătorii de la University of Minnesota au reușit să creeze un dispozitiv microfluidic care funcționează fără toate aceste componente voluminoase.

„Cercetătorii au avut un succes extrem de mare în ceea ce privește scalarea dispozitivelor electronice, dar capacitatea de a manipula probe lichide nu a ținut pasul”, a declarat Sang-Hyun Oh, profesor la Department of Electrical and Computer Engineering al University of Minnesota și autor al studiului.

„Nu este o exagerare faptul că un sistem de laborator microfluidic de ultimă oră, lab-on-a-chip necesită foarte multă muncă pentru a fi realizat. Așa că ne-am întrebat dacă putem elimina învelișul, firele și pompele pentru a-l face simplu”, spune el.

Cum funcționează noul cip?

Multe tehnologii de laborator pe un cip funcționează prin mutarea picăturilor de lichid pe un microcip pentru a detecta agenții patogeni virali sau bacteriile din interiorul probei.

Soluția cercetătorilor de la University of Minnesota a fost inspirată de un fenomen ciudat din lumea reală cu care consumatorii de vin sunt familiarizați: „picioarele” sau picăturile lungi care se formează în interiorul unei sticle de vin din cauza tensiunii superficiale cauzate de evaporarea alcoolului.

Folosind o tehnică inițiată de laboratorul lui Oh la începutul anilor 2010, cercetătorii au plasat electrozi minusculi foarte aproape unul de altul pe un cip de 2 cm pe 2 cm, care generează câmpuri electrice puternice care atrag picăturile pe cip și creează un „picior” de lichid pentru a detecta moleculele din interior.

Deoarece electrozii sunt plasați atât de aproape unul de celălalt (având doar 10 nanometri între ei), câmpul electric rezultat este atât de puternic încât cipul are nevoie de mai puțin de 1 V de electricitate pentru a funcționa.

Această tensiune incredibil de scăzută le-a permis cercetătorilor să activeze cipul pentru diagnosticarea medicală la domiciliu folosind semnale de comunicare în câmp apropiat (NFC) de la un smartphone, aceeași tehnologie folosită pentru plata contactless în magazine.

Importanța diagnosticării la domiciliu

Este pentru prima dată când cercetătorii au reușit să folosească un smartphone pentru a activa fără fir canale înguste fără structuri microfluidice, punând bazele pentru realizarea de dispozitive pentru diagnosticarea medicală la domiciliu mai ieftine și mai accesibile.

„Acesta este un concept nou și foarte interesant”, a spus Christopher Ertsgaard, autor principal al studiului și absolvent al CSE.

„În timpul acestei pandemii, cred că toată lumea și-a dat seama de importanța diagnosticării la domiciliu, rapide, la punctul de îngrijire. Și există tehnologii disponibile, dar avem nevoie de tehnici mai rapide și mai sensibile. Cu scalarea și producția de înaltă densitate, am putea realiza aceste tehnologii sofisticate de diagnosticare la domiciliu cu un cost mai accesibil”, continuă el.

Noul cip pentru diagnosticarea medicală la domiciliu, cu un pas mai aproape de comercializare

Laboratorul lui Oh lucrează cu start-upul GRIP Molecular Technologies, care produce dispozitive de diagnosticare la domiciliu, pentru a comercializa platforma microcipului. Cipul este conceput pentru a avea aplicații largi pentru detectarea virusurilor, a agenților patogeni, a bacteriilor și a altor biomarkeri din probe lichide.

„Pentru a avea succes comercial, diagnosticarea la domiciliu trebuie să fie ieftină și ușor de utilizat”, a declarat Bruce Batten, fondator și președinte al GRIP Molecular Technologies.

„Mișcarea fluidelor de joasă tensiune, cum ar fi ceea ce a realizat echipa profesorului Oh, ne permite să îndeplinim ambele cerințe. GRIP a avut norocul să colaboreze cu University of Minnesota la dezvoltarea acestei platforme tehnologice. Legătura dintre cercetarea fundamentală și cea translațională este crucială pentru dezvoltarea unei game de produse inovatoare, transformatoare”, a concluzionat Batten.

Vă recomandăm să citiți și:

Un studiu a dezvăluit cum poate fi întinerit sistemul imunitar al vârstnicilor și redus riscul de boli infecțioase

Oamenii de știință au descoperit o modalitate de a declanșa visele lucide. Cum funcționează?

Cercetătorii susțin că au găsit un tratament care poate inversa pierderea auzului

Inteligența artificială poate prezice dacă și când un pacient va intra în stop cardiac