Metabolički poremećaji, poput dijabetesa i osteoporoze, rastu širom sveta, posebno u zemljama u razvoju.
Dijagnoza ovih poremećaja je obično test krvi, ali pošto postojeća infrastruktura zdravstvene zaštite u udaljenim oblastima nije u stanju da podrži ove testove, većina pojedinaca ostaje nedijagnostikovana i bez lečenja. Konvencionalne metode takođe uključuju radno-intenzivne i invazivne procese koji oduzimaju mnogo vremena i čine praćenje u realnom vremenu neizvodljivim, posebno u uslovima stvarnog života i u populaciji na selu.
Istraživači sa Univerziteta u Pitsburgu i Medicinskog centra Univerziteta u Pitsburgu predlažu novi uređaj koji koristi krv za proizvodnju električne energije i merenje njene provodljivosti, otvarajući vrata medicinskoj nezi na bilo kojoj lokaciji. Njihov rad, „Milifluidni nanogenerator Lab-on-a-Cip uređaj za praćenje električne provodljivosti krvi na niskoj frekvenciji“, objavljen je u časopisu Napredni materijali.
„Kako oblasti nanotehnologije i mikrofluidike nastavljaju da napreduju, postoji sve veća prilika da se razviju uređaji u laboratoriji na čipu koji su sposobni da okruže ograničenja moderne medicinske nege“, rekao je Amir Alavi, docent građevinarstva i inženjerstva životne sredine na Pitt’s Svanson School of Engineering.
„Ove tehnologije mogu potencijalno da transformišu zdravstvenu zaštitu nudeći brzu i praktičnu dijagnostiku, na kraju poboljšavajući ishode pacijenata i efikasnost medicinskih usluga.
Električna provodljivost krvi je dragocena metrika za procenu različitih zdravstvenih parametara i otkrivanje zdravstvenih stanja.
Ova provodljivost je pretežno regulisana koncentracijom esencijalnih elektrolita, posebno natrijum i hloridnih jona. Ovi elektroliti su sastavni deo mnoštva fizioloških procesa, pomažući lekarima da odrede dijagnozu.
„Krv je u osnovi sredina zasnovana na vodi koja ima različite molekule koji provode ili ometaju električne struje“, objasnio je dr Alan Vels, medicinski direktor UPMC kliničkih laboratorija, izvršni potpredsednik, Odsek za laboratorijsku medicinu na Univerzitetu u Pitsburgu i UPMC, i Thomas Gill III profesor patologije, Pitt School of Medicine, Department of Patologi.
„Glukoza je, na primer, električni provodnik. U mogućnosti smo da vidimo kako ona utiče na provodljivost kroz ova merenja. Tako nam omogućava da postavimo dijagnozu na licu mesta.“
Uprkos svojoj vitalnosti, znanje o provodljivosti ljudske krvi je ograničeno zbog izazova merenja poput polarizacije elektroda, ograničenog pristupa uzorcima ljudske krvi i složenosti povezanih sa održavanjem temperature krvi. Merenje provodljivosti na frekvencijama ispod 100 Hz je posebno važno za sticanje dubljeg razumevanja električnih svojstava krvi i osnovnih bioloških procesa, ali je još teže.
Istraživački tim predlaže inovativni, prenosivi millifluidni nanogenerator laboratorijski na-čip uređaj sposoban da meri krv na niskim frekvencijama. Uređaj koristi krv kao provodnu supstancu u okviru svog integrisanog triboelektričnog nanogeneratora, ili TENG. Predloženi TENG sistem na bazi krvi može pretvoriti mehaničku energiju u električnu putem triboelektrifikacije.
Ovaj proces uključuje razmenu elektrona između materijala u kontaktu, što rezultira prenosom naelektrisanja. U TENG sistemu, prenos elektrona i razdvajanje naelektrisanja stvaraju razliku napona koja pokreće električnu struju kada materijali doživljavaju relativno kretanje poput kompresije ili klizanja.
Tim analizira napon koji proizvodi uređaj pod unapred definisanim uslovima opterećenja kako bi odredio električnu provodljivost krvi. Mehanizam samonapajanja omogućava minijaturizaciju predloženog nanogeneratora na bazi krvi. Tim je takođe koristio AI modele da direktno proceni električnu provodljivost krvi koristeći obrasce napona koje generiše uređaj.
Da bi testirao njegovu tačnost, tim je uporedio svoje rezultate sa tradicionalnim testom koji se pokazao uspešnim. Ovo otvara vrata za odnošenje testiranja tamo gde ljudi žive. Pored toga, nanogeneratori koji se napajaju krvlju su sposobni da funkcionišu u telu gde god je krv, omogućavajući dijagnostiku sa sopstvenim napajanjem koristeći lokalnu hemiju krvi.
