חוקרים מאוניברסיטת פיטסבורג פיתחו מכשיר מעבדה-על-שבב נייד המשתמש בדם לייצור חשמל, המאפשר אבחון במקום. טכנולוגיה זו, המודדת מוליכות חשמלית בדם, יכולה להעריך פרמטרים בריאותיים ועשויה לשנות את שירותי הבריאות על ידי הקלת בדיקות לא פולשניות בזמן אמת.
חוקרים פיתחו מכשיר נייד המנצל דם לייצור חשמל לאבחון רפואי מיידי.
טכנולוגיית מעבדה-על-שבב זו, שמטרתה להילחם בעלייה העולמית בהפרעות מטבוליות, מודדת את מוליכות הדם כדי לאבחן מצבים כמו סוכרת באופן מיידי, במיוחד באזורים מוחלשים.
עלייה עולמית בהפרעות מטבוליות
סוכרת, אוסטאופורוזיס והפרעות מטבוליות אחרות מתפתחות ברחבי העולם, במיוחד במדינות מתפתחות.
האבחנה של הפרעות אלו היא בדרך כלל בדיקת דם, אך מכיוון שתשתית הבריאות הקיימת באזורים מרוחקים אינה מסוגלת לתמוך בבדיקות אלו, רוב האנשים אינם מאובחנים וללא טיפול. שיטות קונבנציונליות כוללות גם תהליכים עתירי עבודה ופולשניים, אשר נוטים להיות גוזלים זמן והופכים ניטור בזמן אמת לבלתי ישים, במיוחד במסגרות של חיים אמיתיים ובאוכלוסיות במדינה.
מהפכה באבחון עם טכנולוגיה חדשה
חוקרים מאוניברסיטת פיטסבורג והמרכז הרפואי של אוניברסיטת פיטסבורג מציעים מכשיר חדש שמשתמש בדם כדי לייצר חשמל ולמדוד את המוליכות שלו, ופותח דלתות לטיפול רפואי בכל מקום.
"ככל שתחומי הננוטכנולוגיה והמיקרופלואידיקה ממשיכים להתקדם, ישנה הזדמנות הולכת וגוברת לפתח התקני מעבדה על שבב המסוגלים להקיף את המגבלות של טיפול רפואי מודרני", אמר אמיר עלאווי, עוזר פרופסור להנדסה אזרחית וסביבתית ב- בית הספר להנדסה סוונסון של פיט. "טכנולוגיות אלו עשויות לשנות את שירותי הבריאות על ידי מתן אבחון מהיר ונוח, בסופו של דבר לשפר את תוצאות המטופל ואת היעילות של השירותים הרפואיים."
עכשיו, יש לנו דם טוב
מוליכות חשמלית בדם היא מדד בעל ערך להערכת פרמטרים בריאותיים שונים וזיהוי מצבים רפואיים.
מוליכות זו נשלטת בעיקר על ידי ריכוז האלקטרוליטים החיוניים, בעיקר יוני נתרן וכלוריד. אלקטרוליטים אלו הם חלק בלתי נפרד ממגוון תהליכים פיזיולוגיים, ומסייעים לרופאים לאתר אבחנה.
"דם הוא בעצם סביבה מבוססת מים שיש בה מולקולות שונות שמוליכות או מעכבות זרמים חשמליים", הסביר ד"ר אלן וולס, המנהל הרפואי של UPMC Clinical Laboratories, סגן יו"ר בכיר, המחלקה לרפואת מעבדה באוניברסיטת פיטסבורג ו-UPMC. ותומס גיל השלישי פרופסור לפתולוגיה, בית הספר לרפואה בפיט, המחלקה לפתולוגיה. "גלוקוז, למשל, הוא מוליך חשמלי. אנו מסוגלים לראות כיצד זה משפיע על המוליכות באמצעות מדידות אלה. כך, מאפשר לנו לבצע אבחון במקום".
למרות חיוניותו, הידע על מוליכות דם אנושי מוגבל בגלל אתגרי המדידה שלו כמו קיטוב אלקטרודות, גישה מוגבלת לדגימות דם אנושיות והמורכבות הקשורה לשמירה על טמפרטורת הדם. מדידת מוליכות בתדרים מתחת ל-100 הרץ חשובה במיוחד להבנה מעמיקה יותר של התכונות החשמליות בדם ותהליכים ביולוגיים בסיסיים, אך היא אפילו קשה יותר.
מעבדה בגודל כיס
צוות המחקר מציע מכשיר מעבדה-על-שבב חדשני ונייד של ננו-ננו-זרם המסוגל למדוד דם בתדרים נמוכים. המכשיר משתמש בדם כחומר מוליך בתוך הננו-גנרטור הטריבו-אלקטרי המשולב שלו, או TENG. מערכת TENG המוצעת מבוססת דם יכולה להמיר אנרגיה מכנית לחשמל באמצעות טריבו-חשמול.
תהליך זה כרוך בחילופי אלקטרונים בין חומרים מגע, וכתוצאה מכך העברת מטען. במערכת TENG, העברת האלקטרונים והפרדת המטען מייצרים הפרש מתח המניע זרם חשמלי כאשר החומרים חווים תנועה יחסית כמו דחיסה או החלקה. הצוות מנתח את המתח שנוצר על ידי המכשיר בתנאי טעינה מוגדרים מראש כדי לקבוע את המוליכות החשמלית של הדם. מנגנון ההפעלה העצמית מאפשר מזעור של הננו-גנרטור המוצע מבוסס-דם. הצוות גם השתמש במודלים של AI כדי להעריך ישירות מוליכות חשמלית של הדם באמצעות דפוסי המתח שנוצרו על ידי המכשיר.
כדי לבדוק את זה דיוק, הצוות השווה את תוצאותיו למבחן מסורתי שהוכיח את עצמו כמוצלח. זה פותח את הדלת לקחת את הבדיקה למקום שבו אנשים גרים. בנוסף, ננו-גנרטורים המונעים בדם מסוגלים לתפקד בגוף בכל מקום בו נמצא דם, ומאפשרים אבחון באמצעות הפעלה עצמית באמצעות כימיית הדם המקומית.
חוקרים אחרים בפרויקט זה כוללים:
- Jianzhe Luo, מועמד לדוקטורט, אוניברסיטת פיטסבורג
- Wenyun Lu, מועמד לדוקטורט, אוניברסיטת פיטסבורג
- Daeik Jang, פוסט דוקטורט, אוניברסיטת פיטסבורג
- Qianyun Zhang, פרופסור להנדסה אזרחית, אוניברסיטת ניו מקסיקו
- מנסואן מנג, מועמד לדוקטורט, אוניברסיטת פיטסבורג
