Ein drahtloser Patch zur Überwachung von C

Nature Biomedical Engineering (2023)Diesen Artikel zitieren

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Die Quantifizierung von Proteinbiomarkern im Blut mit einer Empfindlichkeit auf pikomolarem Niveau erfordert arbeitsintensive Inkubations- und Waschschritte. Das Erkennen von Proteinen im Schweiß, die eine Überwachung am Behandlungsort ermöglichen würden, wird durch die typischerweise großen zwischen- und intrapersonalen Unterschiede in seiner Zusammensetzung behindert. Hier berichten wir über das Design und die Leistung eines tragbaren und drahtlosen Pflasters für den elektrochemischen Echtzeitnachweis des Entzündungsbiomarkers C-reaktives (CRP) Protein im Schweiß. Das Gerät integriert iontophoretische Schweißextraktion, mikrofluidische Kanäle für die Schweißprobenahme sowie für die Weiterleitung und den Austausch von Reagenzien sowie ein Sensorarray auf Graphenbasis zur Quantifizierung von CRP (über eine Elektrode, die mit Anti-CRP-Einfangantikörpern konjugierten Goldnanopartikeln funktionalisiert ist), Ionenstärke und pH-Wert und Temperatur für die Echtzeitkalibrierung des CRP-Sensors. Bei Patienten mit chronisch obstruktiver Lungenerkrankung, mit aktiven oder früheren Infektionen oder mit Herzinsuffizienz korrelierten die über das Pflaster gemessenen erhöhten CRP-Konzentrationen gut mit den Proteinwerten im Serum. Tragbare Biosensoren für die empfindliche Echtzeitanalyse von Entzündungsproteinen im Schweiß könnten die Behandlung chronischer Krankheiten erleichtern.

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Die wichtigsten Daten, die die Ergebnisse dieser Studie stützen, sind im Papier und seinen ergänzenden Informationen verfügbar. Quelldaten für Abb. 3 und 5 liegen diesem Dokument bei. Alle während der Studie generierten Rohdaten und analysierten Datensätze sind auf Anfrage beim entsprechenden Autor erhältlich.

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Dieses Projekt wurde durch die Zuschüsse 19TPA34850157 der American Heart Association, die Zuschüsse R01HL155815 und R21DK13266 der National Institutes of Health (NIH), die Zuschüsse 2145802 der National Science Foundation und die Zuschüsse N00014-21-1-2483 und N00014-21-1-2845 des Office of Naval Research unterstützt , High Impact Pilot Research Award T31IP1666 vom Tobacco-Related Disease Research Program, Sloan Research Fellowship und dem Technology Ventures Internal Project Fund am Cedars-Sinai. JT wurde durch das National Science Scholarship der Agency of Science Technology and Research (A*STAR) Singapur unterstützt. ED wurde durch den NIH-Zuschuss T32EB027629 unterstützt. Wir danken dem Kavli Nanoscience Institute am Caltech für die entscheidende Unterstützung und Infrastruktur, die diese Arbeit bereitgestellt hat. Wir danken dem Beckman Institute of Caltech, dem Molecular Materials Research Center und Jake Evans für seine Hilfe bei XPS. Das Proteome Exploration Laboratory wird vom Beckman Institute und dem NIH-Stipendium 1S10OD02001301 unterstützt. Wir danken GR Rossman für die Unterstützung bei der Raman-Spektroskopie. Wir danken außerdem E. Bayoumi, E. Pascual und P.-E. Chen vom Cedars-Sinai Medical Center für ihre Unterstützung bei der Teilnehmerrekrutierung. Wir danken RM Torrente-Rodríguez für das konstruktive Feedback zur Manuskripterstellung.

Andrew und Peggy Cherng, Abteilung für Medizintechnik, Abteilung für Ingenieurwissenschaften und angewandte Wissenschaft, California Institute of Technology, Pasadena, CA, USA

Jiaobing Tu, Jihong Min, Yu Song, Changhao Xu, Jiahong Li, Elham Davoodi und Wei Gao

Abteilung für Physiologie und Medizin der Atemwegs- und Intensivmedizin, Lundquist Institute for Biomedical Innovation am Harbor-UCLA Medical Center, Torrance, CA, USA

Jeff Moore und Harry B. Rossiter

Abteilung für Kardiologie, University of California Los Angeles, Los Angeles, CA, USA

Justin Hanson, Erin Hu und Jeffrey J. Hsu

Abteilung für Medizin, Women's Guild Lung Institute, Cedars-Sinai Medical Center, Los Angeles, Kalifornien, USA

Tanyalak Parimon & Peter Chen

Proteome Exploration Laboratory, Beckman Institute, California Institute of Technology, Pasadena, CA, USA

Ting-Yu Wang & Tsui-Fen Chou

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WG und JT haben das Konzept initiiert und die Gesamtstudien entworfen. WG überwachte die Arbeiten. JT, J. Min und YS leiteten die Experimente und sammelten die Gesamtdaten. CX, JL, T.-YW, ED und T.-FC trugen zur Sensorcharakterisierung und -validierung bei. J. Moore, JH, EH, TP, PC, JJH und HBR trugen zum Design der Versuche am Menschen und zur Bewertung des Systems bei den Teilnehmern bei. Alle Autoren trugen zur Datenanalyse bei und gaben Feedback zum Papier.

Korrespondenz mit Wei Gao.

Die Autoren geben an, dass keine Interessenkonflikte bestehen.

Nature Biomedical Engineering dankt Nae-Eung Lee und den anderen, anonymen Gutachtern für ihren Beitrag zum Peer-Review dieser Arbeit.

Anmerkung des Herausgebers Springer Nature bleibt hinsichtlich der Zuständigkeitsansprüche in veröffentlichten Karten und institutionellen Zugehörigkeiten neutral.

Ergänzende Anmerkungen, Abbildungen, Tabellen und Referenzen.

Tragbarer Nanobiosensor zur automatischen, nicht-invasiven und kabellosen Entzündungsüberwachung.

Laborflusstest zur Veranschaulichung der automatischen mikrofluidischen Immunerkennung.

Strömungstest am Körper, der die Abgabe und Erfrischung von schwarzem Farbstoff im Erkennungsreservoir nach 5 Minuten iontophoretischer Schweißinduktion zeigt.

Quelldaten.

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Nachdrucke und Genehmigungen

Tu, J., Min, J., Song, Y. et al. Ein drahtloser Patch zur Überwachung von C-reaktivem Protein im Schweiß. Nat. Biomed. Eng (2023). https://doi.org/10.1038/s41551-023-01059-5

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Eingegangen: 07. Dezember 2022

Angenommen: 19. Mai 2023

Veröffentlicht: 22. Juni 2023

DOI: https://doi.org/10.1038/s41551-023-01059-5

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