Team udvikler en ultratynd sensor, der gør inflammationstestning og hærdning 30 gange hurtigere

Forskellig fra de uorganiske modstykker som silicium, organiske halvledere kan fungere under bøjning eller strækning. Normalt kan en tyndere film have stærkere evne til at bøje. Bortset fra at bøje, en tyndere eller mindre enhed kan også tilbyde en hurtigere responstid, hvilket er særligt vigtigt for sensoranvendelse, hvis der er behov for øjeblikkelig information. Disse ultrafleksible sensorer er meget populære forskningsområder, og deres anvendelser dækker elektroniske, smart sansning osv.

For nylig, et forskerhold fra University of Hong Kong (HKU) ledet af Dr. Paddy Chan Kwok-leung fra Mechanical Engineering Department, i samarbejde med professor Gilberto Leung Ka-kit (Tsang Wing-Hing professor i klinisk neurovidenskab) og dr. Anderson Tsang Chun-on fra kirurgi, og professor Xu Aimin fra Institut for Farmakologi og Farmaci, har udviklet en C-reaktivt protein (CRP)-sensor integreret på et medicinsk kateter til direkte CRP-sensing (figur 1). Denne organiske sensor har en samlet tykkelse på mindre end en mikrometer (~1/50 af asiatisk menneskehår), som betydeligt kan spare tid til prøve- og dataindsamling, fra i øjeblikket et par timer til 10 minutter eller mindre. Med andre ord, test og helbredelse af betændelse kan fremskyndes med 30 gange. Det udlæste realtidssignal har et stort potentiale i at give lægerne mulighed for at foretage nødvendige øjeblikkelige handlinger.

Denne mekanisk fleksible organiske elektroniske enhed udviklet af Dr. Chans team, som en demonstration af koncept, er at måle den biologiske information i realtid. Denne enhed kan registrere CRP-niveauet ned til 1 ug/ml, og dermed mere tilstrækkelig til at afvige patienternes helbredstilstand. Forskningsresultatet blev offentliggjort for nylig i et tidsskrift Avanceret Videnskab .

CRP-niveauet i blodet er en vigtig indikator, der afspejler niveauet af betændelse hos patienter. Det er i øjeblikket testet ved blodanalyse, som ikke kan give realtidsinformation om patienterne. For løbende at overvåge nogle proteiner eller biomarkørniveauer i den menneskelige krop, den almindelige tilgang er at udføre regelmæssige blodanalyser hver bestemt periode. Imidlertid, det ville stadig kræve timer eller længere at gennemføre en test, og der kan ikke gives nogen realtidsoplysninger. Den nuværende organiske enhed udviklet af Dr. Chans team kan måle den biologiske information i realtid med meget lille prøvevolumen.

I fortiden, at udvikle en ultratynd enhed ned til mindre end 1 mm (~1/50 af asiatisk menneskehår) i tykkelse for at tillade konform og fleksibel påføring, deres fremstillinger var meget udfordrende. Disse ultratynde enheder er nemme at krølle og knække under afsætnings- og overførselsprocesserne. Aflejringen af ​​indkapslingslaget for at beskytte enheden under ekstreme driftsforhold såsom høj temperatur, fugtighed, og etc er en anden forhindring.

CRP-sensoren udviklet af HKU-forskerholdet er blot et eksempel til at demonstrere konceptet med de ultratynde enheder. Andre sensorer såsom neurotransmitter, og bakteriesensorer kan også bruges. Bortset fra den høje følsomhed og hurtige responstid, en anden stor præstation ved denne ultratynde og ultrafleksible sensorenhed er deres kompatibilitet med standard steriliseringsprocesser tilpasset på hospitalerne. Dr. Chans team har udviklet et "kapsel-lignende" CTYOP indkapslingslag, som gør det muligt for enheden at modstå højt tryk, temperatur og fugtmiljø. Ved at bruge en CYTOP kapsel med kun 250 nm, denne enhed kan modstå kogende vand eller varm damp i mere end 30 minutter uden at vise ydeevneforringelse (Figur 2). Denne steriliseringskompatibilitet gør enheden til et passende værktøj til brug sammen med kirurgiske instrumenter i operationsstuen, som kræver aseptisk miljø.

For at overføre sensorerne til forskellige medicinske enheder, en ph.d. elev af Dr. Chans team, Mr Ji Xudong, tilpasset et hydrofilt-hydrofobt dobbeltlags plastiksubstrat, som nemt kan tages af glasholderen, når det er i kontakt med vand. Sådanne flydende egenskaber gør overførsel af sensorer til forskellige substrater eller objekter meget enklere og endnu vigtigere, enheden viser ingen ydeevneforringelse efter overførsel mellem forskellige emner (figur 3).

I fremtiden, Dr. Chan og hans team vil yderligere forbedre enhedernes følekraft ved at integrere neurotransmitter og tryksensorer på kateteret. Holdet vil også udvikle en sensorplatform til de kliniske forsøg på dyr. Bortset fra CRP-sensoren for blodet, holdet planlægger også at måle andre biomarkører, især neurotransmitterne eller anden information fra cerebrospinalvæsken, som kan give værdifuld realtidsinformation om patienter, der lider af hovedskade eller slagtilfælde. Teamet mellem HKU Engineering og Medicin sigter også mod at udvikle et big data-system til løbende at måle og overvåge forskellige værdifulde biomedicinske informationer fra hjernen eller andre dele af kroppen. Når dataene bliver tilgængelige ved at bruge disse billige sensorer, holdet håber, at de målte signaler i realtid kan give lægerne mulighed for at tage øjeblikkelige handlinger for at helbrede patienterne.