Новый графеновый сенсор для улучшения диагностики гепатита
Новый совместный проект Великобритании и Китая разрабатывает сенсор для простого и недорогого метода диагностики гепатита на месте с использованием графена — передового 2-D материала, известного своей высокой электропроводностью. Сенсор станет первым, который сможет одновременно тестировать на три типа гепатита — A, B и C — из пяти существующих. Проект, поддержанный британским Newton Fund и возглавляемый компанией Biovici, объединит Национальную физическую лабораторию (NPL), Университет Чунцина, Университет Суонси и промышленного партнера CTN для разработки этой новой диагностической технологии.
Гепатит — огромная глобальная проблема здравоохранения: почти 400 миллионов человек во всем мире поражены, что приводит к более чем 1.4 миллионам смертей в год. По данным ВОЗ, 257 миллионов человек инфицированы только гепатитом B. Хроническая инфекция приводит к одному миллиону смертей в год от цирроза и рака печени, причем 40% этих смертей происходят в Китае. Проект направлен на борьбу с заболеваемостью гепатитом в Китае, где гепатит B является эндемичным: одна треть из 350 миллионов инфицированных в мире проживает в Китае.
В настоящее время для диагностики гепатита используются анализы крови, но с этим связаны проблемы. Результаты могут занимать 5–7 дней, в течение которых пациенты остаются заразными. Кроме того, метод инвазивный и дорогой, так как требует участия медицинского персонала.
Графен — это 2-D материал с уникальными электрическими и механическими свойствами, обусловленными его одноатомной толщиной. Его исключительные электронные характеристики, поверхностная чувствительность и селективность делают его идеальным для сенсорных применений, включая медицинскую диагностику. На сегодняшний день существуют графеновые электрохимические биосенсоры для диагностики одного типа гепатита. Однако данный проект разработает сенсоры для одновременного обнаружения трех типов гепатита, используя три графеновых сенсора, каждый из которых настроен на выявление антител, связанных с определенным штаммом, интегрированных в один тест. В отличие от обычных анализов крови, этот сенсор обеспечит неинвазивный, быстрый и менее дорогой метод скрининга. Простота и скорость метода будут полезны для массового тестирования работников пищевой, сельскохозяйственной и образовательной сфер в Китае (более 300 миллионов человек), для которых тесты обязательны.
Подход команды заключается в использовании технологии графенового сенсора для разработки диагностики у постели больного для раннего выявления и мониторинга нескольких биомаркеров гепатита в слюне или сыворотке. Это будет новая технология сенсора для мониторинга в реальном времени на основе химически модифицированного графена, одновременно отслеживающая гепатит A, B и C. Тест будет простым, недорогим и быстрым, похожим на глюкометр или тест на беременность, но использующим слюну. Двухлетний проект разработает прототип и установит надежность, стабильность и чувствительность сенсора для подготовки к его коммерциализации. По оценкам, при массовом производстве стоимость каждого устройства может составить всего £1 GBP.
Каждый из пяти партнеров проекта играет свою роль:
- Китайские партнеры CTN и Университет Чунцина отвечают за производство и изготовление графеновых устройств.
- NPL проводит электрическую характеризацию и тестирование.
- Университет Суонси проводит химическую характеризацию.
- Biovici, разрабатывающая диагностические устройства нового поколения, отвечает за упаковку и коммерциализацию.
Д-р Ольга Казакова, главный научный сотрудник отдела перспективных материалов NPL: «Уникальные характеристики графена означают, что он обладает большим потенциалом для использования в различных сенсорных приложениях. Помимо гепатита, он может использоваться в других аналогичных тестах, включая сенсоры аллергенов, идентификацию загрязнителей и другие приложения в науках о жизни. Для нас крайне важно понимать точные характеристики материала, чтобы оценить, как его можно производить и использовать в этих различных приложениях».
Пол Морган, генеральный директор Biovici: «Это сотрудничество между NPL, Центром наноздоровья Университета Суонси и нашими партнерами в Китае открывает уникальную возможность для разработки недорогого теста, который принесет значительную пользу в глобальной борьбе с распространением этого высокоинфекционного заболевания».
Профессор Оуэн Гай, директор (инженерия) Центра наноздоровья Университета Суонси: «Использование полупроводниковой технологической обработки, применяемой к графену, позволяет нам создавать недорогие сенсоры. С правильной технологией "лаборатория на чипе" существует потенциал для разработки сенсоров для множества диагностических и скрининговых применений».