Lab på en chip kunne overvåge helbred, bakterier og forurenende stoffer

Forestil dig at bære en enhed, der kontinuerligt analyserer din sved eller blod for forskellige typer biomarkører, såsom proteiner, der viser, at du kan have brystkræft eller lungekræft.

Rutgers ingeniører har opfundet biosensorteknologi - kendt som et laboratorium på en chip - der kan bruges i håndholdte eller bærbare enheder til at overvåge dit helbred og eksponering for farlige bakterier, vira og forurenende stoffer.

"Dette er virkelig vigtigt i forbindelse med personlig medicin eller personlig sundhedsovervågning, " sagde Mehdi Javanmard, en assisterende professor i Institut for Elektro- og Computerteknik ved Rutgers University-New Brunswick. "Vores teknologi muliggør ægte laboratorier på chips. Vi taler om platforme på størrelse med et USB-flashdrev eller noget, der kan integreres på et Apple Watch, for eksempel, eller en Fitbit."

En undersøgelse, der beskriver opfindelsen, blev for nylig fremhævet på forsiden af Lab on a Chip , et tidsskrift udgivet af Royal Society of Chemistry.

Teknologien, som involverer elektronisk stregkodning af mikropartikler, give dem en stregkode, der identificerer dem, kan bruges til at teste for sundheds- og sygdomsindikatorer, bakterier og vira, sammen med luft og andre forurenende stoffer, sagde Javanmard, seniorforfatter af undersøgelsen.

I de seneste årtier har forskning i biomarkører - indikatorer for sundhed og sygdom såsom proteiner eller DNA-molekyler - har afsløret den komplekse karakter af de molekylære mekanismer bag menneskelig sygdom. Det har øget vigtigheden af ​​at teste kropsvæsker for adskillige biomarkører samtidigt, siger undersøgelsen.

"Én biomarkør er ofte utilstrækkelig til at udpege en specifik sygdom på grund af den heterogene natur af forskellige typer sygdomme, såsom hjertesygdomme, kræft og inflammatoriske sygdomme, " sagde Javanmard, der arbejder på Ingeniørskolen. "For at få en præcis diagnose og præcis håndtering af forskellige helbredstilstande, du skal være i stand til at analysere flere biomarkører på samme tid."

Velkendte biomarkører inkluderer det prostataspecifikke antigen (PSA), et protein dannet af prostatakirtelceller. Mænd med prostatakræft har ofte forhøjede PSA-niveauer, ifølge National Cancer Institute. Det humane choriongonadotropin (hCG) hormon, en anden almindelig biomarkør, måles i hjemmegraviditetstestsæt.

Voluminøse optiske instrumenter er den avancerede teknologi til detektering og måling af biomarkører, men de er for store til at bære eller tilføjes til en bærbar enhed, sagde Javanmard.

Elektronisk detektion af mikropartikler giver mulighed for ultrakompakte instrumenter, der er nødvendige for bærbare enheder. Rutgers-forskernes teknik til stregkodning af partikler er, for første gang, fuld elektronisk. Det gør det muligt at krympe biosensorer til størrelsen af ​​et bærbart bånd eller en mikrochip, siger undersøgelsen.

Teknologien er mere end 95 procent nøjagtig til at identificere biomarkører og finjustering er i gang for at gøre den 100 procent nøjagtig, han sagde. Javanmards team arbejder også på bærbar detektion af mikroorganismer, herunder sygdomsfremkaldende bakterier og vira.

"Forestil dig et lille værktøj, der kunne analysere en vatpindprøve af, hvad der er på dørhåndtaget til et badeværelse eller en hoveddør og detektere influenza eller en lang række andre viruspartikler, " sagde han. "Forestil dig at bestille en salat på en restaurant og teste den for E. coli eller Salmonella bakterier."

Den slags værktøj kan være kommercielt tilgængeligt inden for omkring to år, og sundhedsovervågning og diagnostiske værktøjer kan være tilgængelige inden for omkring fem år, sagde Javanmard.