Diagnostisk platform kunne strække sig til at påvise biomarkører for sygdom

Et startup-firma baseret på teknologi licenseret fra Duke University søger at forstyrre en del af 1 milliard dollars i diagnostikindustrien ved at udnytte en funktion, der tidligere blev betragtet som en defekt - overfladeruhed.

Mange diagnostiske enheder, der fanger biomarkører suspenderet i blod, er afhængige af fluorescerende molekyler til påvisning. Selvom denne metode er populær i kommercielt anvendt diagnostik, der er alternative og potentielt mere kraftfulde metoder. Disse metoder, imidlertid, er i øjeblikket begrænset til laboratorieindstillinger.

En sådan metode bruger piezoelektriske materialer - materialer, der skaber en elektrisk strøm, når de belastes eller vibreres og, omvendt, vibrere, når den er tilsluttet en vekselstrøm. Fordi frekvensen af ​​vibrationerne ændrer sig, når molekyler sidder fast på overfladen, forskere kan fange og opdage de specifikke proteiner eller antistoffer, der indikerer en bestemt sygdom.

Nuværende piezoelektriske enheder er afhængige af præcise fremstillingsmetoder, der producerer en perfekt glat overflade, da ruhed kan kaste de sarte mål af sig. Denne begrænsning, kombineret med behovet for relativt store prøvemængder og omfattende miljøkontrolkrav, har forhindret dem i at blive adopteret i klinisk diagnostik, selvom de har potentialet til at blive meget følsomme, bærbare diagnoseværktøjer.

Ved at introducere en skræddersyet type ruhed, imidlertid, Zehra Parlak, en tidligere postdoktor i laboratoriet af Stefan Zauscher, Sternberg familieprofessor i maskinteknik og materialevidenskab ved Duke, mener, at hun har fundet en bedre løsning.

"Jeg var til jobsamtaler sidste sommer, da en pære gik i mit hoved, " sagde Zehra Parlak. "Jeg havde arbejdet på konceptet siden 2013, Jeg så bare ikke den kommercielle applikation før det øjeblik, og jeg har arbejdet på at udvikle en virksomhed omkring det lige siden."

Kaldt "Qatch Technologies, " Firmaets navn minder om den kvartskrystal, der bruges i dets fremstilling, og den "Kvalitetsfaktor", som den kontrollerer. Parlaks idé er at introducere bittesmå mikrokanaler i detektionsenheden, multiplicere overfladearealet, som biomarkører kan låse på, med 1000 gange og ændre den måde, krystalvibrationen reagerer på blod.

Tanken er, selvfølgelig, mere kompliceret end det lyder. Væsker kobler til detektoren anderledes i mikrokanaler, end de gør, hvis de blot eksponeres på overfladen af ​​enheden. I stedet for at være en hindring, imidlertid, Parlak brugte denne ejendom til at designe en optimeret platform. Selvom detaljerne i øjeblikket er beskyttet, resultatet er en følsom diagnostisk enhed, der er meget mindre og mere robust end de nuværende muligheder på markedet og kun kræver en brøkdel af det blod, der er nødvendigt til testning.

National Science Foundation (NSF) mener, at hun har fat i noget, efter at have tildelt Qatch Technologies og Duke University en Small Business Technology Transfer-pris (STTR). Dette et år, $225, 000 tilskud er øremærket til højrisiko, ideer med høj belønning til at finansiere solidificeringen af ​​ideen og dannelsen af ​​en forretningsplan.

Parlak modtog også vejledning og støtte fra Jesko von Windheim, professor i praksis for miljømæssigt iværksætteri og innovation ved Duke, og William Walker, Duke's Mattson-familiedirektør for Entrepreneurial Ventures.

"Det, der adskiller vores enhed fra noget, der er gjort før, er den måde, disse sensorer er fremstillet på - materialet, designet og størrelsen, " sagde Parlak. "Ved at få al den anvendte fysik og modellering rigtigt, vi er i stand til at karakterisere ekstremt små mængder væske."

Den første applikation, som Qatch Technologies vil tackle, er blodkoagulation. Patienter, der tager blodfortyndende medicin, skal nøje overvåge deres blod for at minimere risikoen for blødning. Kirurger, der udfører operationer på strukturer med høj blodgennemstrømning, skal sikre sig, at stedet vil størkne, før de afslutter proceduren. Nuværende tests er enten hurtige, men unøjagtige på grund af tilstedeværelsen af ​​blodceller eller meget nøjagtige, men langsomme og mere invasive på grund af den proces, der kræves for at fjerne nævnte blodceller.

Qatchs sensorer er særligt velegnede til denne applikation. Mikrokanalerne filtrerer automatisk blodceller fra, kun efterlader det plasma, der giver de mest nøjagtige resultater. Væsken trækkes ind i kanalerne gennem kapillærvirkning, behøver ikke nogen form for pumpe. Resultater opnås ved blot at måle spændingen genereret af sensorens vibrationer, ingen omfangsrig optik eller kameraer påkrævet. Og hele testen kræver kun 1 mikroliter blod - omtrent på størrelse med en gennemsnitlig saltkrystal - hvilket gør processen med at få en prøve så enkel som et lille fingerstik.

"Det, der gør Qatchs forskning i mikrofluidsensorer så lovende, er potentialet til at kombinere bekvemmeligheden ved fuldblodstestning med laboratoriekvaliteten af ​​plasma-baserede tests, " sagde Ara Metjian, en hæmatolog og assisterende professor ved Duke University's School of Medicine, som skal være med til at teste den nye enhed. "Muligheden for at påvirke sundheden for millioner af mennesker på en positiv måde er spændende."

Efter at have arbejdet med blodkoagulation, Parlak håber at bevæge sig ind i det bredere felt af påvisning af biomarkører til diagnose.

"Med den lille mængde blod, der kræves til denne teknologi, det er som at lede efter en bestemt person i en elevator versus en kæmpe festsal, sagde Zauscher, som er medopfinder af teknologien og vil lede forskningsindsatsen af ​​STTR-bevillingen hos Duke. "Dette er en platformsteknologi, der kan bruges til at opdage en lang række sygdomme og tilstande. Alle detaljer er blevet demonstreret i laboratoriet og er velforståede gennem computermodeller. Denne bevilling vil hjælpe Zehra med at sætte dem sammen til en håndflade -størrelse prototype."