החוקרים פיתחו טלאי מיקרונדל המופעלים על עצמם כדי לפקח על מגוון סמנים ביולוגיים בריאותיים מבלי לצייר דם או להסתמך על סוללות או מכשירים חיצוניים. בבדיקות הוכחת מושג עם עור סינטטי, החוקרים הדגימו כי הטלאים יכולים לאסוף דגימות ביו-סמן לאורך תקופות שנעו בין 15 דקות ל 24 שעות.
"סמנים ביולוגיים הם אינדיקטורים ניתנים למדידה לתהליכים ביולוגיים, שיכולים לעזור לנו לפקח על בריאות ולאבחן מצבים רפואיים", אומר מייקל דניאלה, המחבר המקביל של מאמר על העבודה. "הרוב המכריע של בדיקות סמנים ביולוגיים קונבנציונליים מסתמכים על נטילת דגימות דם. בנוסף להיותו לא נעימות עבור מרבית האנשים, דגימות הדם גם מהוות אתגרים עבור אנשי מקצוע בתחום הבריאות ומפתחי הטכנולוגיה. הסיבה לכך היא שדם הוא מערכת מורכבת, ואתה צריך להסיר את הטס, תאי דם אדומים וכדומה לפני שתוכל לבדוק את הנוזל הרלוונטי.
"הטלאי שפיתחנו משתמש ב- Microneedles כדי לדגום את הנוזל המקיף תאים בשכבות העוריות והאפידרמליות ממש מתחת לשכבה העליונה של התאים המרכיבים את עורך", אומר דניאלה, שהוא פרופסור להנדסת חשמל במדינת NC ובמחלקה למפרק המפרק להנדסה ביו -רפואית במדינת NC ובאוניברסיטת צפון קרולינה בשפה היל. "זה נקרא נוזל ביניים עורי (ISF), והוא מכיל כמעט את כל אותם סמנים ביולוגיים שנמצאים בדם. מה שכן, ISF מייצרת מדגם 'נקי יותר' – זה לא צריך לעבד את אופן ביצוע הדם לפני שתוכל לבדוק אותו. בעיקרו, הוא מייעל את תהליך הבדיקה של סמן ביולוגי."
באופן ספציפי, דניאלה ומשתפי הפעולה שלו עשו טלאי מיקרונדל פסיביים לחלוטין שאינו מסתמך על סוללות או על מקורות אנרגיה חיצוניים כדי לקחת או לאחסן דגימות ISF. כך זה עובד.
התיקון מורכב מארבע שכבות: "דיור" פולימר – שהוא למעשה החלק של התיקון שאתה יכול לראות; שכבת ג'ל; שכבת נייר; והמיקרו -סדלים עצמם. המיקרונלים עשויים מחומר שמתנפח כאשר הוא נוגע ב- ISF. ה- ISF מתפעל דרך המיקרונדל – כמו מים דרך מגבת נייר – עד שהוא בא במגע עם הנייר. כאשר הנייר מתחיל לספוג את ה- ISF, הנוזל בא במגע עם הג'ל שנמצא בצד השני של הנייר. הג'ל הזה מכיל ריכוז גבוה של גליצרול. חוסר האיזון של גליצרול בין הג'ל ל- ISF יוצר לחץ אוסמוטי המושך יותר ISF דרך הנייר עד שהנייר רווי.
העיתון הוא המקום בו מאוחסן ISF. כשאתה מוריד את התיקון, אתה מסיר את רצועת הנייר ומנתח את הדגימה. "
מייקל דניאלה, פרופסור להנדסת חשמל, מדינת NC
החוקרים בדקו את הטלאי בשני דגמי עור סינטטיים.
"זה עבד טוב", אומר דניאלה. "הטלאים אספו תוצאות מדידות תוך 15 דקות פחות והיו מסוגלות לאחסן את דגימות הסמן הביולוגי לפחות 24 שעות."
לבדיקת הוכחת המושג, החוקרים פיקחו על קורטיזול-שהוא סמן ביולוגי לסטרס המשתנה במהלך היום.
"זה אומר שזה משהו שאנשים ירצו לפקח על מספר פעמים ביום מבלי שיצטרכו לצייר דם שוב ושוב", אומר דניאלה. "ואין שום סיבה שהתיקון לא יעבוד עבור רבים מהסמנים הביולוגיים שנמצאו ב- ISF."
היבט אטרקטיבי נוסף של הטלאים הוא שהם עשויים מחומרים זולים יחסית הזמינים באופן נרחב.
"העלות הגבוהה ביותר של הטלאים תהיה לייצר את המיקרונלים, אך אנו חושבים שהמחיר יהיה תחרותי עם העלויות הכרוכות בבדיקת דם", אומר דניאלה. "ציור דם דורש בקבוקונים, מחטים ובדרך כלל – פלבוטומיסט. התיקון אינו דורש אף אחד מהדברים האלה."
החוקרים כבר החלו בבדיקה אנושית עם הטלאים ומפתחים מכשירים אלקטרוניים כדי "לקרוא" את רצועת הנייר מכתם Microneedle.
"כבר פיתחנו מכשיר אלקטרוני שיכול 'לקרוא' רמות קורטיזול מרצועת הנייר ועובד על מכשיר אחר שמעריך סמן ביולוגי אחר", אומר דניאלה.
"אנו מחפשים כעת שותפים בתעשייה בשתי חזיתות. נשמח לדבר עם חברות במרחב האבחוני כדי לחקור יישומים נוספים, ואנחנו גם רוצים לדבר עם שותפים פוטנציאליים על גודל הייצור."
העיתון, "תכנון ואפיון של מערכת מיקרו-פלואידית המופעלת על ידי עצמה לדגימה בין נוזלים ביניים", פורסמה גישה פתוחה בכתב העת Journal מעבדה על שבבו סופרי עופרת משותפת הם כריסטופר שרקי, דוקטורט. סטודנט במדינת NC; אנגליקה ארוצ'ה, דוקטורט. סטודנט במחלקה המשותפת למפקה להנדסה ביו -רפואית במדינת NC ובאוניברסיטת צפון קרוליינה בצ'אפל היל; ואיזבלה אגוסטה, תואר ראשון במחלקה להנדסה ביו -רפואית משותפת. מחברים משותפים הם חנה ניסאן, סטודנטית לתארים מתקדמים במדינת NC; תמוגנה סאה וסנהא מוכ'רג'י, לשעבר דוקטורט. סטודנטים במדינת NC; מייקל דיקי, קמיל והנרי דרייפוס פרופסור להנדסה כימית וביומולקולרית במדינת NC; אורלין וולב, ש. פרנק ודוריס קולברסון נבדלים פרופסור להנדסה כימית וביומולקולרית במדינת NC; וג'ק טווידי, חוקר פוסט -דוקטורט במחלקה להנדסה ביו -רפואית משותפת.
עבודה זו נעשתה בתמיכה מהמרכז הלאומי של קרן המדע הלאומית למערכות חיישנים וטכנולוגיות מתקדמות המופעלות על עצמן (Assist), המכון הממלכתי של NC למערכות חיישנים מחוברים, קרן החדשנות של הקנצלרית במדינת NC, וחצי NBMC תחת מענקים NB18-26 ו- NB18-24-38.
דניאלה הוא קצין ומייסד של Dermisense, Inc. (Cary, NC), המסחור טכנולוגיות מבוססות Microneedle.
