En ny medicinsk diagnostisk enhet tillverkad av papper detekterar biomarkörer och identifierar sjukdomar genom att utföra elektrokemiska analyser - endast drivs av användarens beröring - och läser upp de färgkodade testresultaten, gör det lätt för icke-experter att förstå.

"Du kan betrakta detta som ett bärbart laboratorium som bara är helt tillverkat av papper, är billigt och kan kasseras genom förbränning, "sa Ramses V. Martinez, en biträdande professor i industriell och biomedicinsk teknik vid Purdue University. "Vi hoppas att dessa enheter kommer att tjäna otränade människor i avlägsna byar eller militärbaser för att testa för en mängd olika sjukdomar utan att behöva någon elkälla, rent vatten, eller ytterligare utrustning. "

Den självdrivna, pappersbaserade elektrokemiska anordningar, eller SPED, är utformade för känslig diagnostik vid "vårdpunkten, "eller när vård ges till patienter, i regioner där allmänheten har begränsad tillgång till resurser eller sofistikerad medicinsk utrustning.

"Hastigheter är billiga, lättvikt, ? exibel och lätt att använda, "Sa Martinez.

Forskningsresultat är detaljerade i ett papper som publicerades den 22 augusti Avancerad materialteknik .

Testet initieras genom att en blodprick placeras i en cirkulär funktion på enheten, som är mindre än två tum kvadrat. SPED innehåller också "självpipetterande testzoner" som kan doppas i ett prov istället för att använda ett fingerprick-test.

Det översta lagret av SPED tillverkas med obehandlat cellulosapapper med mönstrade hydrofoba "domäner" som definierar kanaler som tar upp blodprov för testning. Dessa "mikroidiska kanaler" möjliggör exakta analyser som ändrar färg för att indikera specifika testresultat. En maskindesigndiagnostik skapades också för att automatiskt identifiera och kvantifiera var och en av dessa "kolorimetriska" tester från en digital bild av SPED, kanske tas med en mobiltelefon, för att tillhandahålla snabba diagnostiska resultat till användaren och för att underlätta konsultation på distans.

Det nedre lagret på SPED är en "triboelektrisk generator, "eller TEG, som genererar den elektriska ström som är nödvändig för att köra diagnostiktestet helt enkelt genom att gnugga eller trycka på det. Forskarna utformade också en billig handhållen enhet som kallas potentiostat, som enkelt kan anslutas till SPED för att automatisera diagnostiska tester så att de kan utföras av otränade användare. Batteriet som driver potentiostat kan laddas med TEG inbyggt i SPED -enheterna.

"Så vitt vi vet, detta arbete rapporterar det första självdrivna, pappersbaserade enheter som kan utföra snabba, exakt, och känsliga elektrokemiska analyser i kombination med en låg kostnad, bärbar potentiostat som kan laddas med ett pappersbaserat TEG, "Sa Martinez.

Han författade tidningen tillsammans med doktorander Aniket Pal och Debkalpa Goswami; gästforskare Hugo E. Cuellar och Heloisa F. N. Caurin; och Randy Kuang, en gymnasieelev som deltog i forskningen.

Forskningspapperet beskriver SPED, den bärbara potentiostat och en maskinvisionsalgoritm som kan känna igen den färgkodade informationen. Tidningen är tillgänglig online på http://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/admt.201700130/full. HASTIGHETER är kompatibla med massutskriftsteknik, såsom utskrift från rulle till rulle eller avsättning av spray. De kan utföra "multiplexerade" analyser som möjliggör mycket känslig och exakt detektion

olika mål för en rad olika testapplikationer. Och de kan användas för att driva andra elektroniska enheter för att underlätta telemedicinska applikationer i resursbegränsade inställningar.

SPED -värdena användes för att detektera biomarkörer som glukos, urinsyra och L-laktat, ketoner, och vita blodkroppar, som indikerar faktorer relaterade till lever- och njurfunktion, undernäring och anemi. Framtida versioner av tekniken kommer att innehålla flera ytterligare lager för mer komplexa analyser för att upptäcka sjukdomar som denguefeber, gul feber, malaria, HIV och hepatit, Sa Martinez.