AUSTIN, Texas - Inspireret af origami-papirfoldningskunsten har kemikere ved University of Texas i Austin udviklet en 3D-papirsensor, der muligvis kan teste for sygdomme som malaria og HIV i mindre end 10 cent per pop .
Sådanne “omhyggelige” sensorer til lave omkostninger kan være utroligt nyttige i udviklingslanden, hvor ressourcerne ofte ikke findes til at betale for laboratoriebaserede test, og hvor infrastrukturen, selv hvis pengene er til rådighed, er findes ofte ikke for at transportere biologiske prøver til laboratoriet.
”Dette handler om medicin for enhver smag,” siger Richard Crooks, Robert A. Welch, professor i kemi.
Endimensionelle papirsensorer, såsom dem, der bruges i graviditetstest, er allerede almindelige, men har begrænsninger. De foldede 3D-sensorer, udviklet af Crooks og doktorand Hong Liu, kan teste for flere stoffer i et mindre overfladeareal og give resultater for mere komplekse tests.
Denne origami-inspirerede papirsensor, udviklet af kemikere Hong Liu og Richard Crooks, kan let samles manuelt. Det kan snart være i stand til billigt at teste for sygdomme som malaria og HIV. Billedkredit: Alex Wang.
”Alle kan folde dem op,” siger Crooks. ”Du har ikke brug for en specialist, så du kunne let forestille dig en NGO med nogle frivillige, der foldede disse ting op og videregiver dem. De er lette at fremstille, så produktionen kunne også flyttes til kundekredsen. De behøver ikke at blive lavet i den udviklede verden. ”
Resultaterne af holdets eksperimenter med origami Paper Analytical Device, eller oPAD, blev offentliggjort i oktober i Journal of the American Chemical Society og i sidste uge i Analytical Chemistry.
Inspirationen til sensoren kom, da Liu læste et banebrydende papir fra Harvard University kemiker George Whitesides.
Whitesides var den første, der byggede en tredimensionel “mikrofluidisk” papirsensor, der kunne teste for biologiske mål. Hans sensor var imidlertid dyr og tidskrævende at fremstille og blev konstrueret på en måde, der begrænsede dens anvendelser.
”De var nødt til at mønstre flere papirstykker ved hjælp af fotolitografi, klippe dem med lasere og derefter tape dem sammen med tosidet tape,” siger Liu, medlem af Crooks 'laboratorium. ”Da jeg læste papiret, huskede jeg, da jeg var et barn, der voksede op i Kina, og vores lærer lærte os origami. Jeg indså, at det ikke behøver at være så svært. Det kan være meget let. Bare fold papiret, og tryk derefter på. ”
I løbet af få uger efter eksperimenter havde Liu fabrikeret sensoren på et enkelt ark ved hjælp af fotolitografi eller blot et kontor, de har i laboratoriet. Det tager mindre end et minut at folde det over i flere lag og kræver ingen værktøjer eller specielle justeringsteknikker. Bare fingre.
Crooks siger, at principperne bag sensoren, som de med succes har testet på glukose og et almindeligt protein, er relateret til hjemmets graviditetstest. Et hydrofobt materiale, såsom voks eller fotoresist, lægges ned i små canyoner på kromatografipapir. Det kanaliserer prøven, der testes - for eksempel urin, blod eller spyt - til pletter på papiret, hvor testreagenser er indlejret.
Hvis prøven har de mål, sensoren er designet til at detektere, reagerer den på en let detekterbar måde. Det kan f.eks. Dreje en bestemt farve eller lysrør under et UV-lys. Derefter kan det læses af øjet.
”Der findes allerede biomarkører for alle slags sygdomme,” siger Crooks. ”Grundlæggende spotprøver reagenser for disse markører på disse papirfluidika. De er fanget der. Så introducerer du din prøve. I slutningen udfolder du dette stykke papir, og hvis det er en farve, har du et problem, og hvis ikke, så har du sandsynligvis OK. ”
Crooks og Liu har også udviklet en måde at tilføje et simpelt batteri til deres sensor, så det kan køre test, der kræver strøm. Deres prototype bruger aluminiumsfolie og ser efter glukose i urinen. Crooks estimerer, at inkludering af et sådant batteri kun vil tilføje omkostningerne ved at producere sensoren kun få cent.
”Du tisser bare på det, og det lyser op,” siger Crooks. ”Urinen har nok salt til at den aktiverer batteriet. Det fungerer som elektrolytten til batteriet. ”