Un team di ricercatori della National Tsing Hua University e della National Cheng Kung University, sia a Taiwan, ha sviluppato un basso costo, pacchetto di sensori medici portatili che ha il potenziale per avvisare gli utenti di problemi medici che vanno da gravi condizioni cardiache al cancro, secondo uno studio pubblicato nel ECS Journal of Solid State Science and Technology .

I dispositivi medici portatili sono diventati parte integrante dell'assistenza sanitaria olistica, mostrando un enorme potenziale nel monitoraggio, terapie mediche, diagnosi, e fitness e benessere. Se abbinato a strumenti point-of-care da banco utilizzati negli ospedali e nei centri di cure urgenti, gli individui sono in grado sia di aumentare le misure di cura preventiva sia di ottenere un quadro più completo della propria salute.

Secondo il documento ad accesso aperto, "Biosensori basati su transistor ad effetto di campo e un dispositivo portatile per l'assistenza sanitaria personale, "i ricercatori hanno riportato il design, sviluppo, fabbricazione, e prototipazione di un dispositivo a basso costo basato su transistor in grado di misurare la proteina C-reattiva (CRP) nei flussi sanguigni, quale, quando elevato, indica un'infiammazione che potrebbe essere collegata all'infarto, ictus, coronaropatia, e una serie di altre diagnosi mediche.

"Questo dispositivo alla fine sarà realizzato come un piccolo dispositivo portatile, che può connettersi facilmente con uno smartphone tramite Bluetooth o WiFi, " ha detto Yu-Lin Wang, professore alla National Tsing Hua University e coautore dello studio. "I dati possono essere raccolti in un'app e gli utenti possono inviarli ai propri medici. L'operazione è semplice come il misuratore di zucchero nel sangue, dove chiunque può fare il test con una goccia di sangue ovunque, in qualsiasi momento."

A causa dell'elevata concentrazione di sale nei campioni di sangue, la precisione e le prestazioni dei biosensori basati su transistor ad effetto di campo (FET) a base di silicio spesso ne risentono. Wang e il team di ricercatori hanno riconosciuto che questo ha emesso e sviluppato un transistor ad alta mobilità elettronica (HEMT) basato su GaN in risposta, che non soffre dello stesso degrado prestazionale dovuto all'inerzia chimica del GaN. Mentre il GaN è più costoso del silicio, i progressi nella microfabbricazione consentono lo sviluppo di un HEMT estremamente piccolo, riducendo notevolmente i costi e aprendo la strada a un dispositivo conveniente per la produzione di massa.

Mentre i biosensori basati su FET mostrano una serie di potenziali vantaggi, ci sono barriere tecnologiche significative da superare prima che i dispositivi siano applicabili. Poiché i FET sono estremamente sensibili, ma hanno il potenziale per essere instabili, spesso è difficile sviluppare un sensore che produca risultati coerenti. Per rendere il loro dispositivo affidabile oltre ad essere conveniente, la squadra ha iniziato a perseguire nuovi, modi innovativi per causare il minor numero di disagi possibili. Ciò è stato ottenuto utilizzando un sistema di misurazione di impulsi molto brevi.

"Abbiamo anche sviluppato una metodologia per superare l'effetto di screening della carica, che si osserva frequentemente nei biosensori basati su FET, " Wang ha detto. "Questa metodologia ci consente di rilevare la proteina bersaglio senza la necessità di diluire o dissalare i campioni clinici. Così, non abbiamo bisogno di usare automatici nel nostro sensore o dispositivo, che può rendere il sistema semplice ed economico. L'operazione è semplice e tutti possono farlo. Basta rilasciare e fare clic."

Attraverso questi sforzi, il team di ricerca è stato in grado di sviluppare un sistema che non è solo accurato e conveniente, ma incorpora una nuova metodologia sul sensore stesso.

"Credo che ciò che abbiamo creato sia una tecnologia che ha il potenziale per essere utilizzata da miliardi di persone, "Ha detto Wang.

La capacità del dispositivo di avvisare gli individui di livelli elevati di CRP potrebbe essere potenzialmente salvavita. Attualmente, le persone che trarrebbero maggior beneficio da questa tecnologia sarebbero quelle con o a rischio di malattie cardiovascolari, come infarto o insufficienza cardiaca. Per esempio, alcuni individui potrebbero non avere sintomi caratteristici, come dolore o fastidio al petto schiacciante, quando si tratta di attacchi di cuore. Però, il biosensore portatile può testare istantaneamente specifici marcatori cardiaci nel sangue che potrebbero avvisare le persone che stanno avendo un infarto, anche senza manifestare sintomi. In alternativa, questo dispositivo potrebbe essere utilizzato dai primi soccorritori per diagnosticare i pazienti in modo rapido e accurato.

Gli individui con insufficienza cardiaca cronica possono monitorare i biomarcatori con questo dispositivo, che se elevato, può indicare il rischio di insufficienza cardiaca. Il monitoraggio di routine di questi biomarcatori potrebbe essere efficace nel ridurre i tassi di riammissione ospedaliera, che potrebbe portare a una migliore qualità della vita e a una riduzione delle spese mediche ospedaliere.

"Il test dura solo cinque minuti e una goccia di sangue, e tutti possono solo intuitivamente sapere come usare questo dispositivo, " dice Wang. "Il costo del dispositivo sarà molto basso, quindi questo dispositivo è alla portata di tutti. Quando i recettori immobilizzati, come aptamer o anticorpi sono cambiati, quindi è possibile testare diversi biomarcatori. Molti marker di malattie possono essere rilevati con questo dispositivo".

A causa del suo significato e del lavoro trasformativo dimostrato in questo lavoro, Gli editori di ECS lo hanno designato come articolo Editors' Choice. Gli articoli di Editors' Choice mostrano una nuova direzione, un nuovo concetto, e un nuovo modo di affrontare i problemi nel relativo campo.

"Questo lavoro è una dimostrazione di un basso costo, pacchetto medico portatile del sensore, "dice Fan Ren, ECS Journal of Solid State Science and Technology editor tecnico. "Con una sola goccia di sangue di plasma, questo nuovo pacchetto di sensori può essere utilizzato per rilevare un infarto o persino un tumore".

Il team ha già sviluppato un prototipo di dispositivo portatile, che si è dimostrato con successo accurato, risultati coerenti. Wang crede che entro un anno, il dispositivo sarà compatibile con smartphone e cloud computing.

"Stiamo collaborando con ospedali e industrie, e cercando di far diventare questo dispositivo un vero prodotto, " dice Wang. "Penso che in futuro questo dispositivo raccoglierà dati enormi, che sarà analizzato dall'intelligenza artificiale e diventerà parte dell'ecosistema dell'Internet delle cose. Questo dispositivo avrà un ruolo importante".