Ett nystartat företag baserat på teknologi licensierad från Duke University vill störa en del av branschen för diagnostik på 1 miljard dollar genom att utnyttja en funktion som tidigare ansågs vara en defekt – ytråhet.

Många diagnostiska enheter som fångar biomarkörer suspenderade i blod är beroende av fluorescerande molekyler för att detekteras. Även om denna metod är populär inom kommersiellt använd diagnostik, det finns alternativa och potentiellt mer kraftfulla metoder. Dessa metoder, dock, är för närvarande begränsade till laboratoriemiljöer.

En sådan metod använder piezoelektriska material - material som skapar en elektrisk ström när de ansträngs eller vibreras och, omvänt, vibrera när den är ansluten till en växelström. Eftersom vibrationernas frekvens ändras när molekyler fastnar på ytan, forskare kan fånga och upptäcka de specifika proteiner eller antikroppar som indikerar en viss sjukdom.

Nuvarande piezoelektriska enheter är beroende av exakta tillverkningsmetoder som ger en perfekt slät yta, eftersom grovhet kan kasta av sig de ömtåliga måtten. Denna begränsning, i kombination med behovet av relativt stora provvolymer och omfattande miljökontrollkrav, har hindrat dem från att adopteras i klinisk diagnostik, även om de har potential att bli högkänsliga, bärbara diagnostikverktyg.

Genom att introducera en skräddarsydd typ av grovhet, dock, Zehra Parlak, en tidigare postdoktor vid Stefan Zauschers laboratorium, familjen Sternberg professor i maskinteknik och materialvetenskap vid Duke, tror att hon har hittat en bättre lösning.

"Jag skulle på anställningsintervjuer förra sommaren när en glödlampa slocknade i mitt huvud, " sa Zehra Parlak. "Jag har arbetat med konceptet sedan 2013, Jag såg bara inte den kommersiella applikationen förrän i det ögonblicket, och jag har arbetat för att utveckla ett företag runt det sedan dess."

Döpt till "Qatch Technologies, " Företagets namn påminner om kvartskristallen som används i dess tillverkning och den "kvalitetsfaktor" som det kontrollerar. Parlaks idé är att introducera små mikrokanaler i detektionsenheten, multiplicera ytan som biomarkörer kan haka på med 1000 gånger och ändra hur kristallvibrationen reagerar på blod.

Tanken är, självklart, mer komplicerat än det låter. Vätskor kopplas till detektorn annorlunda i mikrokanaler än de gör om de bara exponeras på enhetens yta. Istället för att vara ett hinder, dock, Parlak använde denna egenskap för att designa en optimerad plattform. Även om detaljerna för närvarande är skyddade, resultatet är en känslig diagnostisk enhet som är mycket mindre och mer robust än nuvarande alternativ på marknaden och som bara kräver en bråkdel av blodet som behövs för testning.

National Science Foundation (NSF) tror att hon är inne på något, efter att ha tilldelat Qatch Technologies och Duke University ett pris för Small Business Technology Transfer (STTR). Detta ett år, $225, 000 bidrag är öronmärkt för högrisk, högbelönade idéer för att finansiera solidifieringen av idén och bildandet av en affärsplan.

Parlak fick även vägledning och stöd av Jesko von Windheim, professor i praktiken för miljöentreprenörskap och innovation vid Duke, och William Walker, Duke's Mattson Family Director för Entrepreneurial Ventures.

"Det som skiljer vår enhet från allt som gjorts tidigare är hur dessa sensorer tillverkas - materialet, designen och storleken, ", sa Parlak. "Genom att få all tillämpad fysik och modellering rätt, vi kan karakterisera extremt små volymer vätska."

Den första applikation som Qatch Technologies kommer att ta itu med är blodkoagulering. Patienter som tar blodförtunnande medel måste noggrant övervaka sitt blod för att minimera risken för blödning. Kirurger som utför operationer på strukturer med högt blodflöde måste se till att platsen kommer att koagulera innan proceduren avslutas. Aktuella tester är antingen snabba men felaktiga på grund av närvaron av blodkroppar eller mycket exakta men långsamma och mer invasiva på grund av den process som krävs för att avlägsna dessa blodkroppar.

Qatchs sensorer är särskilt väl lämpade för denna applikation. Mikrokanalerna filtrerar automatiskt bort blodkroppar, bara lämnar efter sig plasman som ger de mest exakta resultaten. Vätskan dras in i kanalerna genom kapillärverkan, behöver ingen pump. Resultat erhålls genom att helt enkelt mäta spänningen som genereras av sensorns vibrationer, ingen skrymmande optik eller kameror krävs. Och hela testet kräver bara 1 mikroliter blod - ungefär lika stor som en genomsnittlig saltkristall - vilket gör processen att ta ett prov lika enkelt som ett litet fingerstick.

"Det som gör Qatchs forskning om mikrofluidiksensorer så lovande är potentialen att förena bekvämligheten med helblodstestning med laboratoriekvaliteten hos plasmabaserade tester, " sa Ara Metjian, en hematolog och biträdande professor vid Duke University's School of Medicine, som kommer att hjälpa till att testa den nya enheten. "Möjligheten att påverka sjukvården för miljontals människor på ett positivt sätt är spännande."

Efter att ha arbetat med blodkoagulation, Parlak hoppas kunna gå in i det bredare fältet för att upptäcka biomarkörer för diagnos.

"Med den lilla mängd blod som krävs för denna teknik, det är som att leta efter en specifik person i en hiss kontra en gigantisk bankettsal, sade Zauscher, som är en meduppfinnare av tekniken och kommer att leda forskningsinsatserna för STTR-anslaget vid Duke. "Det här är en plattformsteknik som kan användas för att upptäcka en mängd olika sjukdomar och tillstånd. Alla detaljer har demonstrerats i laboratoriet och är väl förstådda genom datormodeller. Detta bidrag kommer att hjälpa Zehra att sätta ihop dem till en handflata -stor prototyp."