Ett team av forskare från National Tsing Hua University och National Cheng Kung University, både i Taiwan, har utvecklat en låg kostnad, bärbara medicinska sensorpaket som har potential att varna användare om medicinska problem som sträcker sig från allvarliga hjärtsjukdomar till cancer, enligt en studie publicerad i ECS Journal of Solid State Science and Technology .

Bärbar medicinsk utrustning har blivit en integrerad del av holistisk hälsovård, uppvisar enorm potential inom övervakning, medicinsk terapi, diagnos, och fitness och friskvård. När de paras ihop med instrument som används på sjukhus och akuta vårdcentraler, individer kan både öka de förebyggande åtgärderna och få en mer komplett bild av sin hälsa.

Enligt open access-papperet, "Fälteffekttransistorbaserade biosensorer och en bärbar enhet för personlig hälsovård, "Forskare har rapporterat designen, utveckling, tillverkning, och prototypframställning av en lågkostnadstransistorbaserad enhet som kan mäta det C-reaktiva proteinet (CRP) i blodomloppet, som, när den är upphöjd, indikerar inflammation som kan kopplas till hjärtinfarkt, stroke, kranskärlssjukdom, och en mängd andra medicinska diagnoser.

"Den här enheten kommer så småningom att göras som en liten handhållen enhet, som enkelt kan ansluta till en smartphone via Bluetooth eller WiFi, sa Yu-Lin Wang, professor vid National Tsing Hua University och medförfattare till studien. "Datan kan samlas in i en app och användare kan skicka den data till sina läkare. Operationen är lika enkel som blodsockermätaren, där vem som helst kan göra testet med en droppe blod var som helst, när som helst."

På grund av den höga saltkoncentrationen i blodprover, noggrannheten och prestandan hos kiselbaserade fälteffekttransistorer (FET)-baserade biosensorer blir ofta lidande. Wang och teamet av forskare erkände detta utfärdade och utvecklade en GaN-baserad transistor med hög elektronmobilitet (HEMT) som svar, som inte lider av samma prestandaförsämring på grund av GaNs kemiska tröghet. Även om GaN är dyrare än kisel, framsteg inom mikrotillverkning möjliggör utvecklingen av en extremt liten HEMT, sänker kostnaderna avsevärt och banar väg för en prisvärd enhet vid massproduktion.

Medan FET-baserade biosensorer uppvisar en mängd potentiella fördelar, det finns betydande tekniska hinder att övervinna innan enheterna kan användas. Eftersom FET är extremt känsliga, men har potentialen att vara instabil, det är ofta svårt att utveckla en sensor som ger konsekventa resultat. För att göra deras enhet pålitlig utöver att vara prisvärd, laget började sträva efter nya, innovativa sätt att orsaka minsta möjliga störning som möjligt. Detta uppnåddes genom att använda ett mätsystem med mycket korta pulser.

"Vi utvecklade också en metod för att övervinna avgiftsscreeningseffekten, som ofta ses i FET-baserade biosensorer, ”, sade Wang. ”Denna metod tillåter oss att upptäcka målproteinet utan att behöva späda ut eller avsalta de kliniska proverna. Således, vi behöver inte använda automatik i vår sensor eller enhet, vilket kan göra systemet enkelt och kostnadseffektivt. Operationen är enkel och alla kan göra den. Bara släpp och klicka."

Genom dessa ansträngningar forskargruppen kunde utveckla ett system som inte bara är korrekt och prisvärt, men innehåller en ny metodik på själva sensorn.

"Jag tror att det vi har skapat är en teknik som har potential att användas av miljarder människor, " sa Wang.

Enhetens förmåga att varna individer om förhöjda CRP-nivåer kan vara potentiellt livräddande. För närvarande, individer som skulle ha störst nytta av denna teknik skulle vara de med eller löper risk för hjärt-kärlsjukdom, såsom hjärtinfarkt eller hjärtsvikt. Till exempel, vissa individer kanske inte har kännetecknande symtom, såsom krossande bröstsmärtor eller obehag, när det kommer till hjärtinfarkt. Dock, den bärbara biosensorn kan omedelbart testa specifika hjärtmarkörer i blodet som kan varna individer om att de har en hjärtattack, även utan att visa symtom. Alternativt denna enhet skulle kunna användas av första responders för att snabbt och exakt diagnostisera patienter.

Individer med kronisk hjärtsvikt kan övervaka biomarkörer med denna enhet, som om den är förhöjd, kan indikera din risk för hjärtsvikt. Rutinmässig övervakning av dessa biomarkörer kan vara effektiv för att minska återinläggningsfrekvensen på sjukhus, vilket kan leda till förbättrad livskvalitet och lägre sjukvårdskostnader på sjukhus.

"Testet tar bara fem minuter och en droppe blod, och alla kan helt enkelt intuitivt veta hur man använder den här enheten, " Wang säger. "Kostnaden för enheten kommer att vara mycket låg, så den här enheten är överkomlig för alla. När de immobiliserade receptorerna, såsom aptamer eller antikropp ändras, då kan olika biomarkörer testas. Många sjukdomsmarkörer kan upptäckas med denna enhet."

På grund av dess betydelse och det transformativa arbete som demonstreras i detta arbete, ECS-redaktörer utsåg den som en artikel i Editors' Choice. Editors' Choice-artiklar visar ny riktning, ett nytt koncept, och ett nytt sätt att ta itu med frågor inom det relaterade området.

"Detta arbete är en demonstration av en låg kostnad, bärbar medicinsk sensorpaket, säger Fan Ren, Teknisk redaktör för ECS Journal of Solid State Science and Technology. "Med en enda droppe blod plasma, det här nya sensorpaketet kan användas för att upptäcka en hjärtattack eller till och med en tumör."

Teamet har redan utvecklat en handhållen enhetsprototyp, som framgångsrikt har visat korrekt, konsekventa resultat. Wang tror att inom ett år, enheten kommer att vara kompatibel med smartphones och cloud computing.

"Vi samarbetar med sjukhus och industrier, och försöker få den här enheten att bli en riktig produkt, " säger Wang. "Jag tror att den här enheten i framtiden kommer att samla in enorma data, som kommer att analyseras av artificiell intelligens och bli en del av sakernas internets ekosystem. Den här enheten kommer att spela en viktig roll."