Un nuovo dispositivo medico-diagnostico realizzato in carta rileva i biomarcatori e identifica le malattie eseguendo analisi elettrochimiche - alimentate solo dal tocco dell'utente - e legge i risultati dei test con codice colore, rendendo facile la comprensione per i non esperti.

"Si potrebbe considerare questo un laboratorio portatile che è completamente fatto di carta, è economico e può essere smaltito tramite incenerimento, " disse Ramses V. Martinez, un assistente professore di ingegneria industriale e biomedica alla Purdue University. "Speriamo che questi dispositivi servano persone non addestrate situate in villaggi remoti o basi militari per testare una varietà di malattie senza richiedere alcuna fonte di elettricità, acqua pulita, o attrezzature aggiuntive."

L'autoalimentato, dispositivi elettrochimici a base di carta, o SPED, sono progettati per la diagnostica sensibile al "point-of-care, "o quando le cure vengono fornite ai pazienti, nelle regioni in cui il pubblico ha accesso limitato a risorse o apparecchiature mediche sofisticate.

"Gli SPED sono economici, leggero, ?essibile e facile da usare, " ha detto Martinez.

I risultati della ricerca sono dettagliati in un documento apparso il 22 agosto in Tecnologie avanzate dei materiali .

Il test viene avviato posizionando una puntura di sangue in una caratteristica circolare sul dispositivo, che è meno di due pollici quadrati. Gli SPED contengono anche "zone di test con pipettaggio automatico" che possono essere immerse in un campione invece di utilizzare un test con puntura del dito.

Lo strato superiore dello SPED è fabbricato utilizzando carta di cellulosa non trattata con "domini" idrofobici modellati che definiscono i canali che assorbono i campioni di sangue per i test. Questi "canali micro-uidici" consentono analisi accurate che cambiano colore per indicare risultati di test specifici. È stata inoltre creata un'applicazione diagnostica di visione artificiale per identificare e quantificare automaticamente ciascuno di questi test "colorimetrici" da un'immagine digitale dello SPED, magari scattata con un cellulare, per fornire risultati diagnostici rapidi all'utente e per facilitare la consultazione di esperti a distanza.

Lo strato inferiore dello SPED è un "generatore triboelettrico, " o TEG, che genera la corrente elettrica necessaria per eseguire il test diagnostico semplicemente strofinandolo o premendolo. I ricercatori hanno anche progettato un dispositivo portatile economico chiamato potenziostato, che si collega facilmente allo SPED per automatizzare i test diagnostici in modo che possano essere eseguiti da utenti inesperti. La batteria che alimenta il potenziostato può essere ricaricata utilizzando il TEG integrato negli SPED.

"Per quello che ci risulta, questo lavoro riporta il primo autoalimentato, dispositivi cartacei in grado di eseguire rapide, accurato, e saggi elettrochimici sensibili in combinazione con un basso costo, potenziostato portatile ricaricabile tramite TEG cartaceo, " ha detto Martinez.

Ha co-autore del documento con gli studenti laureati Aniket Pal e Debkalpa Goswami; studiosi in visita Hugo E. Cuellar e Heloisa F. N. Caurin; e Randy Kuang, uno studente di scuola superiore che ha partecipato alla ricerca.

Il documento di ricerca descrive gli SPED, il potenziostato portatile e un algoritmo di visione artificiale in grado di riconoscere le informazioni codificate a colori. Il documento è disponibile online all'indirizzo http://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/admt.201700130/full. Gli SPED sono compatibili con le tecnologie di stampa di massa, come la stampa roll-to-roll o la deposizione spray. Possono eseguire analisi "multiplex" consentendo il rilevamento altamente sensibile e accurato

di vari target per una gamma di applicazioni di test point-of-care. E possono essere utilizzati per alimentare altri dispositivi elettronici per facilitare le applicazioni di telemedicina in ambienti con risorse limitate.

Gli SPED sono stati utilizzati per rilevare biomarcatori come glucosio, acido urico e L-lattato, chetoni, e globuli bianchi, che indicano fattori legati alla funzionalità epatica e renale, malnutrizione e anemia. Le versioni future della tecnologia conterranno diversi livelli aggiuntivi per test più complessi per rilevare malattie come la febbre dengue, febbre gialla, malaria, HIV ed epatite, ha detto Martinez.