În prezent, proiectarea și dezvoltarea biosenzorilor portabili în monitorizarea sănătății umane și medicina personalizată au atras o atenție semnificativă. Biosenzorii purtabili (WBS) sunt dispozitive electronice portabile care integrează senzorii cu corpul uman în plasturi, mănuși, îmbrăcăminte și implanturi, realizând detectarea in vivo, înregistrarea și calculul datelor folosind dispozitive mobile sau portabile, asigurând feedback bidirecțional între medici și pacienți. Aceste dispozitive permit, de asemenea, cuantificarea neinvazivă, în timp real, a diverșilor markeri biochimici din fluidele corpului uman, cum ar fi saliva, transpirația, pielea și lacrimile.
Odată cu inovația și progresele în știința materialelor și dezvoltarea în inginerie mecanică și tehnologii de comunicații fără fir, au fost dezvoltate și utilizate diverse dispozitive portabile pentru procesarea și analiza simultană a biomarkerilor pentru a îmbunătăți gestionarea asistenței medicale. Vânzarea pieței de tehnologii portabile este de așteptat să crească la 70 de miliarde USD până în 2025 pentru ușurința lor de utilizare.
Un biosenzor este o compoziție din două unități funcționale de bază, și anume un „element de biorecoking sau bioreceptor” (enzimă, anticorp, ADN, acid nucleic, peptidă etc.) și un traductor fizico-chimic de optic, electrochimic, piezoelectric și termic tip. Bioreceptorul este responsabil pentru recunoașterea selectivă a analitului țintă, iar traductorul este responsabil pentru conversia unui eveniment de recunoaștere Biore într-un semnal măsurabil. În plus, progresul în tehnologiile biosenzorilor a deschis calea pentru a începe îmbunătățirea biosenzorilor moderni portabili pentru monitorizare non-invazivă în aplicații medicale și biomedicale.
Caracteristica senzorilor biofizici portabili este aceea de contact cu pielea pentru a oferi măsurare în timp real a parametrilor biofizici, cum ar fi tensiunea arterială, ritmul cardiac și temperatura, care posedă valori semnificative în aplicațiile medicale; Acești senzori biofizici sunt disponibili pe piață și utilizați pe scară largă de către consumatori. Pe de altă parte, având în vedere că biosenzorii biochimici nu sunt încă comercializați, deși au un potențial semnificativ, este dificil de detectat analitul de interes.
De o importanță fundamentală este întrebarea că biosenzorii portabili sunt expuși direct corpului uman; prin urmare, este de așteptat să nu prezinte niciun fel de risc suplimentar pentru sănătatea vieții umane. Prin urmare, este esențial ca biosenzorul purtabil să fie biocompatibil pentru a evita un răspuns imun, ceea ce face ca materialele biocompatibile să fie preferate pentru senzorii inteligenți purtabili.
Plasturi epidermici ca monitorizare a biomarkerilor metabolici
Integrarea dispozitivelor purtabile în serviciile personalizate de sănătate a câștigat o atenție semnificativă recent. Dispozitivele purtabile pot fi clasificate ca accesorii purtabile (cum ar fi ceasuri, mănuși etc.), țesături purtabile (tricouri, șosete, pantofi), hardware purtabil (ochelari și căști) și dispozitive senzoriale pentru monitorizarea sănătății. Cu dispozitive miniaturizate integrate și progrese în tehnologii (microelectronică și comunicații fără fir), senzorii biochimici purtabili s-au încorporat profund și au devenit o parte integrantă a vieții noastre; cu toate acestea, în continuare, este nevoie de dezvoltare în viitor.
Printre dispozitivele purtabile, plasturii epidermici, dezvoltati într-un mod flexibil și bazat pe microfluidice pentru analiza în timp real a probelor de transpirație, merită atenție. Acest senzor este construit pe un substrat de plastic flexibil integrat cu un canal microfluidic special în spirală încorporat cu senzori selectivi de ioni; acest sistem interfață componenta de detectare și poate analiza transpirația cu o tehnologie de placă de circuit imprimat (PCB). Senzorul ar putea monitoriza concentrația ionilor (H, Na, K, Cl+++−) și rata de transpirație, ceea ce facilitează și mai mult monitorizarea condițiilor fiziologice și clinice umane folosind parametrii de transpirație. În plus, mai este loc de îmbunătățit rezoluția temporală a senzorilor, ceea ce ar putea permite ușurință și productivitate ridicată în producție.
Recent a fost dezvoltat un nou proiect, în care anticorpii specifici cortizolului (MX210 Ab) au fost imobilizați pe o suprafață nanostructurată extensibilă și conformabilă cu detectare impedimetrică. Cu un nivel optimizat de concentrație de anticorpi, plasturele oferă o limită de detecție de 1,0 pg mL-1 cu un interval de detecție de până la 1 μg mL-1. Nanostructura Au 3D ca electrod de lucru permite cea mai mare sensibilitate, chiar dacă senzorul are limita instabilității complexe Ag-Ab fără reproductibilitate. Pentru a depăși preocuparea de mai sus de instabilitate, a fost dezvoltat un polimer artificial de amprentă moleculară (MIP) sintetizat prin reacția de copolimerizare pentru screeningul cortizolului; MIP-urile posedă o selectivitate mai mare împotriva cortizolului ca model, reversibilitate, robustețe și reproductibilitate. Același grup decercetătorii au dezvoltat și un dispozitiv cunoscut sub numele de „SKINTRONICS”, util pentru determinarea nivelurilor de stres prin detectarea electrodermică a răspunsului galvanic al pielii; Este un dispozitiv multistrat cu un timp de uzură de 7 ore, cu caracteristici hibride flexibile, conforme cu pielea, care permit achiziția de date în timp real.
În prezent, sunt dezvoltate diverse plasturi purtabile sau platforme de detectare cu interfață cu pielea, ceea ce indică o schimbare a focalizării către detectarea flexibilă.
Senzori portabili flexibili cu auto-vindecare
În prezent, dispozitivele medicale care pot fi purtate sunt limitate de robustețe din cauza ușurinței de deteriorare a componentelor biosenzorului, care modifică funcția și le reduc și mai mult performanța, durata de valabilitate și proprietățile electronice. Un biosenzor purtabil bio-funcțional bio-funcțional ideal nu trebuie doar să-și mențină funcțiile electronice, ci trebuie să posede și proprietăți de auto-vindecare pentru a-și menține caracteristicile fizice interne în cazul unei deteriorări micromecanice minore.
Dispozitivele electronice purtabile utilizate pe piele trebuie să includă caracteristici de auto-vindecare fără nicio stimulare externă (de exemplu, căldură) pentru a le restabili conexiunile mecanice și electrice. În acest scop, au fost studiați mai mulți senzori flexibili de auto-vindecare bazați pe conductori și polimeri, dar în ciuda dezvoltării rapide în domeniul materialelor polimerice cu auto-vindecare, doar unii dintre ei pot fi utilizați în domeniul electronicii flexibile purtabile.
Dezvoltarea senzorilor electronici cu autovindecare se poate realiza prin incorporarea de lichide ionice in canalele polimerice cu autovindecare, unde pierderea lichidelor ionice in stare de ruptura este evitata datorita efectului capilar. Un alt proiect se bazează pe un compozit conductiv de auto-vindecare asemănător cauciucului, compus din micronichel anorganic (μNi) și particule de polimer supramolecular organic care posedă un mecanism de auto-vindecare electric și mecanic condus de recombinarea legăturilor de hidrogen între suprafețele tăiate. Un alt tip de senzor a fost dezvoltat folosind un senzor flexibil de deformare structurală tip sandwich, fabricat prin inserarea unui strat de nanofire de argint polimer (AgNW) decorat cu proprietăți de auto-vindecare în straturi de PDMS (polidimetilsiloxan); acest design oferă o bună stabilitate și elasticitate. În plus, au fost deja publicate mai multe rapoarte care pot prezice progresul materialelor sau nanocompozitelor utilizate în biosenzorii portabili.
Senzorii de tip hidrogel au câștigat o atenție promițătoare în senzorii portabili avansați datorită proprietăților lor mecanice. Cu toate acestea, producerea unui hidrogel extensibil și conductiv, asemănător pielii, cu caracteristicile sinergice dorite de elasticitate, capacitate crescută de auto-vindecare și performanță excelentă de detectare, rămâne o provocare. În plus, în ciuda caracteristicilor importante ale hidrogelurilor, fragilitatea și rezistența scăzută a hidrogelurilor sunt două obstacole majore în aplicațiile lor ulterioare în dispozitivele portabile. Aceste probleme pot fi depășite prin strategii precum rețele duble și interpreți, cum ar fi hidrogeluri duble, hidrogeluri pe bază de nanocompozite (NC) și hidrogeluri duble reticulate cu proprietăți mecanice puternice și stabilitate în condiții extreme.
Note: All information on Sinocare blog articles is for educational purposes only. For specific medical advice, diagnoses, and treatment, consult your doctor.