Elektroda.pl
Elektroda.pl
X
Please add exception to AdBlock for elektroda.pl.
If you watch the ads, you support portal and users.

Grafenowe bioczujniki Cardea otrzymają nowy "elektroniczny nos"

ghost666 03 Oct 2022 20:19 357 0
Testo
  • Grafenowe bioczujniki Cardea otrzymają nowy "elektroniczny nos"
    Czujniki na bazie grafenu przodują w wysiłkach na rzecz komercjalizacji danego materiału, w czasie gdy w ogólnym obiegu pojawiło się więcej sensorów tego typu niż jakichkolwiek innych urządzeń elektronicznych wzbogaconych o ów budulec. Wśród czujników grafenowych największy udział w rynku mają biosensory. Cardea to jedna z firm, która wypuściła je w przeszłości, wykorzystując jednostkę przetwarzania biosygnałów (BPU) do wykrywania raka. Obecnie firma rozszerza swoją ofertę bioczujników i niedawno otrzymała grant w wysokości 1,1 miliona dolarów od Fundacji Billa i Melindy Gatesów na opracowanie: „elektronicznego nosa” wykorzystującego grafenowe BPU do diagnozowania chorób zakaźnych na podstawie specjalnych markerów wychwytywanych w ludzkim oddechu.

    Rozpoczęło się od wykrywania raka

    Wejście Cardea do przestrzeni biosensorów grafenowych rozpoczęło się od zaoferowania alternatywnej ścieżki dla biopsji do wykrywania nowotworów. Tradycyjny zabieg tego typu dotyczy tkanek i jest bardzo inwazyjny oraz często nie oferuje żadnej formy wczesnego ostrzegania. Z biegiem lat biopsje płynne stały się bardziej powszechne, ponieważ nie wymagają bezpośredniego pobrania materiału biologicznego od pacjenta i mogą wykrywać raka na podstawie płynów ustrojowych. Cardea wykorzystała ten trend i platformę tranzystorów grafenowych w BPU, aby usprawnić proces diagnozowania chorób. Omawiane czujniki wzmocnione grafenem wykorzystują sekwencjonowanie nowej generacji, aby zaoferować sposób na zlokalizowanie różnych nowotworów. Większość z nich można wykryć za pomocą odmiennych metod biopsji, ale firma Cardea zużytkowała platformę grafenową celem diagnozy na podstawie zawartości jednej próbki płynu, oferując technikę wczesnego określania obecności raka, jeśli źródło nowotworu jest nieznane.

    Platforma BPU może weryfikować różne biosygnały z wielu kanałów komunikacji w ciele, w podejściu znanym jako multiomika (badanie różnych: „omik”). Dzięki temu można analizować biosygnały kwasów nukleinowych (genomika) i aminokwasów (proteomika), a także takie, które odnoszą się do metabolomiki, transkryptomiki i złożonej komunikacji międzykomórkowej. Wszystkie z nich są weryfikowane w czasie rzeczywistym w tej samej próbce, co pokazuje wszechstronność, jaką grafen może wnieść do biodetekcji (i ogólnie sensorów).

    Platforma BPU od Cardea

    Platforma BPU jest wykorzystywana w oryginalnych urządzeniach do wykrywania raka i ma być używana w elektronicznym nosie, który zostanie wkrótce opracowany. BPU ma zasadnicze znaczenie zarówno dla platformy diagnozowania nowotworów, jak i niedawno ogłoszonego elektronicznego nosa, i jest rozwijane jako jednostka centralna, którą można dostosować do różnego użytku oraz scenariuszy klinicznych.

    Grafenowe bioczujniki Cardea otrzymają nowy "elektroniczny nos"
    Platforma BPU firmy Cardea złożona z cząsteczki przechwytującej, BPU, czytnika, obliczeń bramy oraz jej analizatora.


    Platforma BPU składa się z wielu kluczowych komponentów i jest zasadniczo mikroprocesorem, który przekształca sygnał biologiczny na elektryczny. Podobnie jak każde urządzenie pomiarowe posiada elementy cyfrowe oraz czytnik sensorów i analizator pozwalający przeobrazić dowolny sygnał z powierzchni czujnikowej w wykrywalny i użyteczny — wyjściowy. Pod względem rzeczywistej części detekcyjnej platformy istnieją dwa kluczowe detale: warstwa grafenowa i cząsteczki ośrodka aktywnego sensora.

    Ta pierwsza, która jest wykorzystywana jako tranzystor polowy (gFET), służy do bezpośredniego przekształcania różnych sygnałów biologicznych na informacje cyfrowe. Grafen jest szeroko stosowany jako platforma czujnikowa w różnych gałęziach przemysłu, ponieważ ma dużą powierzchnię aktywną, do której można przyłączyć funkcjonalne grupy czujnikowe, ale ma również wysoką przewodność elektryczną i mobilność nośników ładunku. To sprawia, że ​​materiał ten jest wrażliwy na wszelkie zlokalizowane odchylenia, ponieważ np. wiązanie jakichkolwiek biomolekuł (lub wystąpienie dowolnego bodźca w tym zakresie) zmienia przewodność w poprzek arkusza grafenowego.

    Na wierzchu warstwy danego budulca znajdują się różne cząsteczki aktywne. Dzięki gFET w połączeniu z grupą bioczujników powstaje platforma do wykrywania, która ma charakter półprzewodnikowy. Kiedy więc biocząsteczka wiąże się z powierzchnią, zmienia właściwości elektryczne grafenu i generuje rozpoznawalny sygnał, który można wykorzystać. Wiele różnych cząsteczek wychwytujących (do wiązania z niektórymi biomarkerami) można umieścić na wierzchu warstwy gFET, dzięki czemu możliwe jest lokalizowanie biocząsteczek opartych na RNA, DNA i białkach. Dlatego system jest przystosowany zarówno do diagnozowania raka, jak i wykrywania innych chorób.

    Niewielki rozmiar grafenu (zarówno pod względem jego grubości, jak i wymiarów bocznych wynikowego elementu) sprawiają, że ​​na jednym chipie można umieścić szereg gFET obok siebie, zwiększając zasięg i szerokość pasma pomiaru biosygnałów czujnika. To przede wszystkim ten małoskalowy charakter wraz z efektywnością wykrywania grafenu pozwala na tworzenie wszechstronnych i czułych platform pomiarowych.

    Wykorzystanie platformy BPU jako elektronicznego nosa

    Rozwój elektronicznego nosa Cardea został dopiero ogłoszony, ale opiera się na ww. sukcesie. Celem jest wykorzystanie tej samej platformy grafenowej BPU w elektronicznym nosie, podobnie jak w urządzeniach do diagnostyki raka. Jak opisano powyżej, możliwość tworzenia małych i konfigurowalnych gFET oznacza, że ​​proces dostosowywania platformy pod kątem chorób zakaźnych powinien być relatywnie prosty, pod warunkiem, że można łatwo przymocować odpowiednie cząsteczki aktywne na wierzchu warstwy grafenowej.

    Technologia BPU już pokazała, że ​​może być produkowana na dużą skalę, ponieważ Cardea ma już zdolność do wytworzenia tysięcy sztuk sensorów lokalizujących raka. Docelowy obszar to wykrywanie chorób zakaźnych w krajach rozwijających się, ponieważ w porównaniu z innymi platformami diagnostycznymi grafen pomaga skrócić czas opracowywania i obniżyć koszty systemu, czyniąc ją bardziej atrakcyjną dla rynków, których nie stać na duże wydatki. Pozwala to na oszczędzanie pieniędzy na urządzeniach i otwiera drzwi społecznościom, które nie miały dostępu do testów medycznych.

    Jak wspomniano powyżej, wykorzystanie grafenu w mechanizmie wykrywania pomaga zwiększyć czułość platformy do tego stopnia, że możliwe staje się określenie choroby zakaźnej na podstawie samego oddechu pacjenta. Celem finansowanego projektu jest weryfikacja zdolności BPU funkcjonalizowanego owadzim receptorem węchowym do wychwytywania agonistów zapachowych (odoranty agonistyczne są substancją inicjującą reakcję z receptorem).

    Opracowywany elektroniczny nos może wykrywać szereg chorób, w tym Covid i malarię, a także być wykorzystywany do lokalizowania różnych nowotworów, podobnie jak jego poprzednik. Uważa się, że platformy oparte na wyłapywaniu zapachów mogą być spożytkowane w wielu różnych zastosowaniach, od monitorowania stanu zdrowia pacjenta, po środowisko, rolnictwo i bioasekurację. Uniwersalność BPU może oznaczać, że platformy tego rodzaju będą mogły być używane jeszcze szerzej w przyszłości po zakończeniu tego projektu.

    Źródło: https://www.eetimes.com/cardea-graphene-biosensors-to-receive-new-electronic-nose/

    Cool? Ranking DIY
    About Author
    ghost666
    Translator, editor
    Offline 
    Fizyk z wykształcenia. Po zrobieniu doktoratu i dwóch latach pracy na uczelni, przeszedł do sektora prywatnego, gdzie zajmuje się projektowaniem urządzeń elektronicznych i programowaniem. Od 2003 roku na forum Elektroda.pl, od 2008 roku członek zespołu redakcyjnego.
    ghost666 wrote 11382 posts with rating 9627, helped 157 times. Live in city Warszawa. Been with us since 2003 year.
  • Testo