Ett nytt samarbetsprojekt mellan Storbritannien och Kina utvecklar en sensor för att ge en enkel, lågkostnadsmetod för att diagnostisera hepatit på plats med grafen – ett avancerat 2D-material känt för sin höga elektriska ledningsförmåga. Sensorn kommer att vara den första som samtidigt testar för tre typer av hepatit – A, B och C – av de fem typer som finns. Multipartnerprojektet, stöds av Storbritanniens Newton Fund och leds av Biovici, kommer att samla National Physical Laboratory (NPL), universitetet i Chongqing, Swansea University, och industripartner CTN, att utveckla denna nya diagnostiska teknik.

Hepatit är ett stort globalt hälsoproblem, med nästan 400 miljoner människor världen över drabbade, resulterar i över 1,4 miljoner dödsfall per år. Världshälsoorganisationen har rapporterat att 257 miljoner människor är infekterade enbart med hepatit B. De som drabbas av hepatit lider av kronisk infektion, resulterar i en miljon dödsfall per år från levercirros och cancer, med 40 % av dessa dödsfall inträffade i Kina. Finansieras av Storbritanniens Newton Fund, som syftar till att främja den ekonomiska utvecklingen och sociala välfärden i partnerländerna genom att stärka vetenskaps- och innovationskapaciteten, detta projekt syftar till att hjälpa till att ta itu med förekomsten av hepatit i Kina. Hepatit B i synnerhet är endemisk i Kina, med en tredjedel av de 350 miljoner infekterade individerna världen över som bor i Kina.

Blodprover används för närvarande som diagnostisk metod för hepatit, men det finns utmaningar förknippade med detta. Med blodprov, resultatet kan ta fem till sju dagar, under vilka patienter fortfarande är smittsamma och därmed en risk för icke-smittade. Dessutom, tekniken är invasiv och dyr, eftersom det kräver medicinsk personal.

Grafen är ett 2D-material med unika elektriska och mekaniska egenskaper, som härrör från dess enatomtjocka struktur. Materialets exceptionella elektroniska egenskaper, ytkänslighet och selektivitet gör den idealisk för sensorapplikationer, inklusive de som används för medicinsk diagnos. Hittills, Det finns elektrokemiska biosensorer av grafen för att diagnostisera en typ av hepatit. Det här projektet, dock, kommer att utveckla sensorer för detektering av tre hepatittyper åt gången, genom att använda tre grafensensorer, var och en skräddarsydd för att identifiera antikropparna associerade med en viss stam av hepatit, integreras i ett enda test. Till skillnad från konventionella blodprover, denna sensor kommer att ge en icke-invasiv, snabb och billigare screeningmetod. Lättheten och hastigheten för denna metod kommer att vara fördelaktig för bulktestning av maten, jordbruks- och utbildningsarbetskrafter i Kina, över 300 miljoner människor, för vilka prov är obligatoriska.

Teamets tillvägagångssätt är att använda grafensensorteknologin för att utveckla en diagnostik för tidig upptäckt och övervakning av flera saliv- eller serumbaserade biomarkörer för hepatit. Detta kommer att bli en roman, realtidsövervakningssensorteknik, baserad på kemiskt modifierad grafen, som samtidigt övervakar hepatit A, B och C. Testet kommer att vara enkelt, låg kostnad och snabb, liknande en blodsockersensor eller graviditetstest, men testar saliv istället. Detta tvååriga projekt kommer att utveckla en prototyp, och fastställa tillförlitligheten, sensorns stabilitet och känslighet som förberedelse för kommersialisering. Det uppskattas att om sensorn produceras i stora kvantiteter, varje enhet kan kosta så lite som £1 GBP.

Även om var och en av de fem partnerna som är involverade i projektet har olika roller, alla deras aktiviteter krävs i kombination för en effektiv utveckling av denna nya teknik. De två kinesiska partnerna, CTN och Chongqing University, är ansvariga för produktion och tillverkning av grafenenheter. På karaktäriseringssidan, NPL utför elektrisk karakterisering och testning, medan Swansea University utför kemisk karakterisering. Slutligen, Biovici, som utvecklar nästa generations POC-diagnostikenheter, ansvarar för förpackning och kommersialisering.

Dr Olga Kazakova, Principal forskare i avancerade material vid NPL, sade:"Graphens unika egenskaper betyder att det har stor potential att användas i en mängd olika avkänningsapplikationer. Förutom hepatit, det kan användas i andra liknande tester, inklusive allergensensorer, identifiering av föroreningar och andra biovetenskapliga tillämpningar. Det är absolut nödvändigt för oss att förstå materialets exakta egenskaper för att kunna bedöma hur det kan tillverkas och användas i dessa olika applikationer. Detta är ett nyckelfokus för oss och National Graphene Metrology Centre vid NPL stödjer kommersialisering och tillämpning av det avancerade materialet genom att bedriva världsledande forskning om dess mätning och karakterisering. Genom denna forskning, vi arbetar med att utveckla internationella standarder för grafen som kommer att hjälpa till att låsa upp nya applikationer för det otroliga materialet."

Paul Morgan, VD på Biovici, sa:"Detta samarbete mellan NPL, Swansea Universitys Center for NanoHealth och våra partners i Kina öppnar en unik möjlighet att utveckla en lågkostnads, prisvärt test, vilket kommer att ge stora fördelar för den globala kampen mot spridningen av denna mycket infektionssjukdom. Många människor associerar hepatit som ett problem som händer någon annanstans och inte i hemlandet. Dock, hepatit är en global epidemi som snabbt drabbar delar av Storbritannien, i hela Europa och USA."

Professor Owen Guy, Direktör (ingenjörsvetenskap) vid Center for NanoHealth vid Swansea University, sa:"Att använda halvledarprocessteknik tillämpad på grafen gör det möjligt för oss att göra billiga sensorer. Med rätt lab-on-chip-teknik, det finns potential att utveckla sensorer för en mängd diagnostiska och screeningapplikationer."