211service.com
Medyk Pola Bitwy na chipie
Większość zgonów na polu bitwy ma miejsce w ciągu pół godziny po kontuzji – często zbyt szybko, aby żołnierz dotarł do lekarza, nie mówiąc już o szpitalu. Ale współpraca między naukowcami z Uniwersytetu Kalifornijskiego w San Diego (UCSD) i Clarkson University w Nowym Jorku ma na celu zmianę tego wszystkiego za pomocą chipa, który może wykryć obrażenia i niemal natychmiast je leczyć.
Inteligentny czujnik: Joseph Wang ma nadzieję, że użyje elastycznych elektrod, takich jak ta, którą trzyma tutaj, do stworzenia chipa diagnozującego obrażenia na polu bitwy.
W centrum badań znajduje się czujnik, który wciąż znajduje się w fazie rozwoju, który może być używany do ciągłego monitorowania krwi, potu, a nawet łez żołnierza pod kątem biomarkerów. Wszystkie te płyny zawierają glukozę, tlen, laktazę i hormon noradrenaliny, które zmieniają się w zależności od stanu zdrowia i poziomu aktywności danej osoby. Specyficzne, zbiorcze zmiany tych markerów mogą wskazywać na obecność urazu. A gdy czujnik odbierze to, może przesłać informacje w inne miejsce na chipie lub do innego chipa i uruchomić uwolnienie odpowiedniego leku. Taka jest przynajmniej idea; Rzeczywistość może jednak zająć trochę czasu, zanim się rozwinie.
Kierownik projektu, Józef Wang , jest profesorem nanoinżynierii na UCSD, którego biuro jest wypełnione elektronicznymi czujnikami każdego kształtu, ale tylko w dwóch rozmiarach: małym i jeszcze mniejszym. Wang, który wcześniej pomagał w opracowaniu nieinwazyjnego monitora glukozy, który pobiera próbki potu, nie jest obcy ciągłemu wykrywaniu. Ale zamiast odbierać tylko jeden sygnał, nowy czujnik będzie musiał rozróżnić wiele markerów i zinterpretować wyniki.
Aby to zrobić, Wang współpracuje z Clarkson’s Jewgienij Katz , który niedawno stworzył system, który wykorzystuje bramkę logiczną opartą na enzymach, aby nie tylko mierzyć kombinację biomarkerów, ale także wykorzystywać wyniki do postawienia ograniczonej diagnozy. System Katza opiera się na reakcjach enzymatycznych: w obecności pewnych produktów enzymatycznych jeden zestaw bramek zostaje odblokowany i wyzwala specyficzną reakcję łańcuchową; inne produkty uruchamiają zupełnie inny zestaw bramek. Efektem końcowym jest łańcuch logiczny, który może zidentyfikować określone schorzenia.
Jak dotąd diagnostyka logiki enzymatycznej Katza działa tylko w roztworze. Ale Wang i Katz wyobrażają sobie system, który wykorzystywałby czujnik elektroniczny, zawierający enzymy, do wykrywania obecności lub nieobecności czterech wspomnianych powyżej biomarkerów: glukozy, tlenu, laktazy i norepinefryny. W różnych kombinacjach te biomarkery mogą wskazywać na różne urazy, takie jak uraz mózgu lub wstrząs. W zależności od urazu elektrody przekształciłyby wyniki enzymatyczne na kod, który aktywuje zależne od sygnału błony, aby uwolnić odpowiedni lek. Na przykład, gdyby żołnierz doznał wstrząsu krwotocznego, elektroda wykryłaby wzrost poziomu mleczanu, glukozy i norepinefryny. Gdy mieszanina produktów enzymów elektrodowych zaczyna się zmieniać, reakcja wyzwala bramkę logiczną unikalną dla wstrząsu i potencjalnie sygnalizuje uwolnienie odpowiedniego leku. „Chcemy zbudować inteligentny, inteligentny czujnik, który będzie w stanie rozróżniać różne urazy, podejmować decyzję o leczeniu, a po rozpoznaniu urazu, leczyć odpowiednio” – mówi Wang.
Jeśli to wszystko brzmi trochę teoretycznie, to dlatego, że tak jest. Katz i Wang spodziewają się, że ukończenie ich nowo sfinansowanego projektu zajmie cztery lata. Na tym etapie Katz nie jest nawet w stanie powiedzieć z całą pewnością, jakie urazy może rozpoznać ich system, ani dokładnie, w jaki sposób mógłby je leczyć. W tej chwili, mówi, po prostu projektują bramkę logiczną, która może rozróżnić różne urazy – jak wyglądają kombinacje biomarkerów i kod enzymatyczny do ich interpretacji. Następnie zdecydują, które płyny ustrojowe będą działać najlepiej, i na tym etapie mogą rozpocząć projektowanie elektrod.
Spośród setek czujników w biurze Wanga wskazuje na kilka, które jego zdaniem mogą być użytecznymi modelami. Jeden, przeznaczony do zwinięcia w ciasny cylinder, jest tak mały, że mógłby zmieścić się w kanaliku łzowym. Inny, większy mógłby mieć mały czujnik podskórny, który siedzi tuż pod skórą. „Chcemy czegoś, co byłoby minimalnie inwazyjne lub, co bardziej pożądane, nieinwazyjne, które mogłoby pobierać próbki łez, śliny lub potu”, mówi.
Badacze mają przed sobą duże zadanie. Myślę, że ważnym wyzwaniem jest odkrycie tego, co potrafią wyczuć, jak niezawodni będą w sytuacji na polu bitwy, mówi Martin Bazant , profesor inżynierii mechanicznej na Uniwersytecie Stanforda. Czy będziesz w stanie dodać wartość żołnierzowi bez dodawania wagi lub ryzyka awarii?
Bazant jest zaznajomiony z trudnościami projektowania dla żołnierzy w walce – był jednym z członków założycieli MIT Instytut Nanotechnologii Żołnierza – i zauważa, że rozwój samego czujnika byłby ogromnym dobrodziejstwem. Możliwość niezawodnego wykrywania dokładnych poziomów tych chemikaliów w czasie rzeczywistym na polu bitwy – to już interesujące, mówi. Lekarz mógłby go odczytać i wykorzystać do określenia, jak ważny jest pacjent, czy konieczne jest leczenie, czy należy go przenieść w inne miejsce. Jednak Bazant jest sceptycznie nastawiony do stosowania w pełni zautomatyzowanego systemu do wykrywania urazów i dawkowania leków pod nieobecność lekarza.
Jeśli Wang i Katz odniosą sukces, ich projekt znajdzie zastosowanie nie tylko w czasie wojny, ale także w codziennej medycynie. Lekarze zawsze potrzebują czujników, które zapewniają dokładniejszy obraz tego, co dzieje się w ciele pacjenta. Może być przystosowany do wykrywania markerów sercowych – na przykład do szybkiego diagnozowania zawału serca lub udaru mózgu. Może to być przydatne, gdy mamy pilną sprawę, która wymaga szybkiego działania, mówi Wang.