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研究人员开发了一种基于氧化石墨烯的快速测试来检测感染

人工智能 2021-07-02 16:08:46

Fraunhofer Institute for Reliability and Microintegration IZM 的研究人员与工业和医疗保健领域的合作伙伴联手开发了一种方便的基于氧化石墨烯的传感器平台,可在几分钟内检测败血症等急性感染或针对的抗体。

当前 大流行的情况强调了快速准确地检测感染以防止进一步传播的重要性。今天,症状提供了有助于诊断病毒或细菌感染的线索。然而,许多感染具有相似的症状,因此这些迹象很容易被误读,从而误诊疾病。验血提供了确定性,但实验室仅在家庭医生开具处方时进行。当结果从实验室出来时,医生通常会开出一种可能是不必要的抗生素。

只需一滴血即可确诊

自 2018 年 4 月以来,柏林弗劳恩霍夫 IZM 的研究人员一直在基于氧化石墨烯的传感器平台上开展 Graph-POC 项目,以应对诊断感染方面的这些挑战。只需一滴血液或唾液即可进行准确的分析。在将液滴涂在传感器表面几分钟后,电信号将测试结果传送到家庭医生办公室。这种快速测试可在 15 分钟内提供确定性,以取代实验室中旷日持久的血液工作。它消除了诊断中的错误和猜测,因此医生可以开出适当的治疗方法或合适的抗生素。

该测试还可用于检测患者从感染中恢复后存在的抗体。Fraunhofer IZM 研究人员现在专注于该应用程序,以检测 病毒的早期感染,这有助于追踪感染的传播方式。人体会在感染时形成称为生物标志物的分子或蛋白质。捕获放置在基于石墨烯的传感器表面的分子以检测这些生物标志物。生物标志物浓度的差异测量确定是否存在感染。

3-D结构扩大测量面

该传感器平台最显着的特点是其基础材料:具有导电性和生物相容性,氧化石墨烯也是一种非常可靠的检测手段。迄今为止,它仅以其原始形式(二维单层)用于微电子领域。Fraunhofer IZM 研究人员现在将其应用于薄片形式的 3-D 结构中。这种 3-D 形式增加了测量表面和测量精度。

Fraunhofer IZM 的科学家兼 Graph-POC 的子项目经理 Manuel Bäuscher 看到了这些氧化石墨烯传感器的广阔前景:“我们可以从目前的医疗领域转向需要点的方向,即环境技术和环境影响的检测。当然,电晕应用是我们的首要任务。” 氧化石墨烯薄片的 3-D 阵列和更高的灵敏度也为进一步应用打开了大门。例如,它甚至可以在室温下检测一氧化碳或丙酮等有害气体。就目前而言,必须首先加热这些气体以触发当今传感器可以检测到的表面反应。当金属氧化物与其敏感表面结合时,氧化石墨烯传感器会在较低温度下发生反应。

Fraunhofer IZM 研究人员正在接受另一个挑战,以扩大生产过程以进行大规模制造:他们希望在晶圆级应用氧化石墨烯涂层,以便可以同时处理数百个芯片。

感染后大约一年可检测到抗体

所述石墨烯氧化物为基础的传感器必须被集成到塑料载体和系统的可靠性产生的快速测试可以被部署之前进行测试。尽管最初检测感染的项目计划持续到 2021 年春季,但研究人员预计,再过一年就无法验证的传感器。该项目的合作伙伴是 Charité、Aptarion Biotech AG、柏林工业大学、MicroDiscovery GmbH 和 alpha-board GmbH。它由德国联邦教育和研究部 (BMBF) 资助。

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