Los sensores de sudor multifuncionales con métodos de sensor novedosos tienen el potencial de revolucionar el diagnóstico médico no invasivo y la gestión de la salud.
Estudio: Sensores nanoplasmónicos de microfluidos flexibles para la detección de huellas dactilares bioquímicas de sudor actualizables y portátiles. Crédito: mil millones de fotos/Shutterstock.com
La creación de un detector nanoplasmónico de microfluidos flexible que permite la identificación de huellas dactilares actualizable y transportable utilizando una actividad de dispersión Raman mejorada en la superficie (SERS) es el tema de un estudio publicado recientemente en la revista electrónica flexible npj.
A diferencia de las plataformas SERS portátiles tradicionales, que corren el riesgo de tener efectos mixtos de sudor fresco y viejo, el dispositivo SERS de microfluidos permite una manipulación regulada y temporalmente altamente resuelta del sudor, lo que permite una evaluación SERS actualizable.
ilustración 1: Diseño de un sensor de sudor epidérmico basado en una plataforma SERS microfluídica portátil. una vista apilada que muestra cada capa del dispositivo integrado. b Esquema del análisis SERS, almacenamiento y flujo de biofluidos todo en uno basado en un dispositivo plasmónico de microfluidos. c Imagen real de un sensor SERS microfluídico adherido a la piel en estado bruto. d Diagrama de bloques a nivel del sistema que muestra los módulos funcionales internos del analizador Raman portátil.
Sensores de sudor portátiles: descripción general e importancia
Los dispositivos flexibles e inteligentes han cambiado la percepción, la metodología y las estrategias de la interacción hombre-máquina y las aplicaciones de atención médica. Los sensores de sudor portátiles que permiten la detección de rastros a nivel molecular en el sudor accesible epidérmicamente se consideran dispositivos de detección biomédicos cruciales.
Mediante la integración de métodos de identificación molecular, micro-nano-electrónica, plataformas de hardware/software interconectadas y varios enfoques analíticos, estos detectores portátiles de sudor pueden generarse a través de un desarrollo significativo. Los detectores de sudor portátiles ahora pueden proporcionar acceso al sensor visual a través de mediciones de profundidad de fluorescencia y color/absorbancia.
Los enfoques electroquímicos para fabricar sensores de sudor portátiles ofrecen una gran especificidad y sensibilidad con electrodos que se pueden construir en muchas formas y tamaños.
Sin embargo, cada una de estas estrategias tiene varias ventajas y desventajas. Como resultado, se requiere una innovación continua en el desarrollo de nuevos métodos de lectura de señales para proporcionar mejores formas de crear detectores de sudor portátiles.
Figura 2 Detección SERS de analitos diana en soluciones estandarizadas. a Espectros esquemáticos y SERS de b urea y C Sin etiqueta de lactato. es decir El mecanismo de detección de pH-SERS muestra la molécula sonda de 4-MBA marcada en la superficie de Ag, que puede protonarse a pH ácido y desprotonarse a pH básico. mi espectros SERS y F la vista ampliada del pico Raman a 1400-1425 cm−1 respondió a diferentes valores de pH después de normalizar la intensidad máxima a 1078 cm−1. GRAMO Esquema de análisis SERS simultáneo y múltiple de objetivos de soldadura basados en un chip microfluídico. H Estudio de compatibilidad para la detección simultánea SERS de urea y lactato. yo Estudio de interferencia de detección de pH-SERS.
Dispositivos plasmónicos flexibles integrados SERS
SERS es un método de análisis ampliamente utilizado que ofrece una fuerte mejora de la señal Raman a través de la estimulación y la dispersión mejoradas con plasmones. La electrónica plasmónica flexible creada mediante la combinación de SERS con tecnologías portátiles ha atraído un gran interés por las aplicaciones biomédicas inteligentes.
Hasta la fecha, solo se han documentado en la literatura unos pocos detectores de sudor SERS portátiles. Los sustratos SERS permeables al sudor permiten que el sudor drene y llene los puntos críticos en estos detectores de sudor no microfluídicos. Sin embargo, estos sustratos SERS permeables a menudo son físicamente frágiles y propensos a la deformación epidérmica al entrar en contacto con la piel.
Otra dificultad importante con los sistemas SERS de sudor portátiles propuestos anteriormente es el proceso de lectura. Los equipos Raman pesados tradicionales limitan el estudio de los sensores SERS portátiles en condiciones de laboratorio reguladas, lo que limita su utilidad.
Un novedoso sensor de sudor flexible basado en microfluidos SERS
Los sustratos SERS se pueden controlar y ajustar espacialmente de manera flexible mediante microfluidos. Además, la transferencia dinámica de sudor habilitada por microfluidos puede reducir el efecto de mezcla y arrastre de sudor viejo y fresco.
En este estudio, los investigadores crearon un detector nanoplasmónico microfluídico flexible para la toma de huellas dactilares moleculares del sudor reutilizable y transportable.
Se utilizó un analizador Raman compacto y hecho a medida con una cómoda interfaz hombre-máquina para la identificación transportable de biomarcadores de sudor.
Desarrollos clave del estudio
En comparación con los detectores no microfluídicos estándar, este biodispositivo microfluídico permite la selección ajustable de un sustrato SERS altamente activo que ofrece alta resolución temporal y análisis SERS de sudor actualizable.
El escáner SERS portátil puede interpretar datos de huellas dactilares de sudor de biomarcadores seleccionados de urea, lactato y pH a nivel celular, lo que promueve aplicaciones de dispositivos SERS portátiles para pruebas en el punto de atención (POCT).
El uso de un escáner Raman portátil también permite leer señales Raman en cualquier lugar, eliminando la necesidad de equipos costosos y las condiciones de laboratorio tradicionales. Por lo tanto, el dispositivo de microfluidos plasmónicos puede proporcionar un entorno de investigación médica para la atención médica personalizada al permitir una detección rápida, fácil y portátil de indicadores relacionados fisiológicamente en el sudor.
figura 3 Evaluación en el cuerpo del chip SERS de sudor microfluídico para medicina personalizada. a Foto de un voluntario usando un parche microfluídico SERS durante ejercicio continuo. El recuadro muestra el analizador Raman portátil. b La interfaz de usuario y C Diagrama de trazado de rayos a nivel del sistema del analizador Raman portátil. Espectros Raman discretos de es decir Sudor urea, lactato y mi pH también F los contenidos correspondientes calculados a partir de las curvas de calibración anteriores. Los datos de color y negro corresponden a mediciones realizadas por SERS y por métodos comerciales de referencia (kit de prueba de urea, kit de prueba de lactato y medidor de pH) respectivamente. GRAMO Representación esquemática del comportamiento metabólico de la urea en el cuerpo humano. Evaluación del dispositivo microfluídico SERS en problemas nutricionales comparando la urea en sudor y la urea en suero H con y yo sin ingesta de proteínas (n = 6, los puntos representan datos sin procesar; las cinco líneas de abajo hacia arriba representan el mínimo, el cuartil inferior, la mediana, el cuartil superior y el máximo, respectivamente).
perspectiva del futuro
A pesar de los resultados prometedores, algunos problemas en el diseño de detectores de biofluidos SERS portátiles y portátiles siguen siendo importantes, como: B. una posible superposición de picos en caso de pruebas SERS repetidas. En este contexto, para mediciones SERS repetidas, es necesario crear un sustrato altamente homogéneo que sea resistente a la deformación mecánica.
La adaptabilidad del analizador Raman portátil a una gama más amplia de analitos también debe explorarse mediante la recopilación de datos experimentales adicionales.
Por otra parte, en este trabajo, los investigadores lograron avances significativos en la creación de un sensor de bioseñales de sudor reutilizable para el sondeo molecular no invasivo. Por lo tanto, se puede esperar que estos sensores portátiles abran posibilidades innovadoras y abran fronteras previamente no reconocidas en varios sectores, incluida la vigilancia del crimen, los servicios médicos y la atención médica inteligente.
Relación
Xuecheng Hola. y otros. (2022). Sensores nanoplasmónicos de microfluidos flexibles para la detección de huellas dactilares bioquímicas del sudor actualizables y portátiles. electrónica flexible npj. Disponible en: https://www.nature.com/articles/s41528-022-00192-6
