Goedkope elektronica op papier voor wegwerpenbare medische testen

Voor mensen die op het platte land, ver van een stad wonen, is er geen ziekenhuis dichtbij. En wanneer men dan niet over een wagen beschikt en er geen mogelijkheid is om het openbaar vervoer te gebruiken, is het dus niet vanzelfsprekend om voor deze mensen om naar een ziekenhuis te gaan. Vele mensen in ontwikkelingslanden bevinden zich in een dergelijke situatie. Dus wanneer deze mensen dan ernstig ziek zijn, of ernstige verwondingen opgelopen hebben, is het voor niet mogelijk om zich te laten verzorgen in een ziekenhuis, met alle gevolgen van dien. Op sommige plaatsen is het wel zo dat er geregeld medische hulpverleners en eventueel dokters langskomen, om de mensen die verzorging nodig hebben te helpen. Maar aangezien deze hulpverleners en dokter slechts beperkte middelen ter beschikking hebben, kan men er de mensen niet evengoed helpen als dat ze dat in een ziekenhuis kunnen. Maar het is onmogelijk om alle zware en omvangrijke apparatuur mee te nemen op verplaatsing. En dus zolang het niet mogelijk is voor de medische hulpverleners en dokter om de nodige testen en onderzoeken te doen op verplaatsing, is het voor hen niet mogelijk om de mensen er steeds optimaal te gaan verzorgen.

En om deze situatie tegen te gaan zijn vele onderzoekers bezig met de ontwikkeling van wegwerpbare diagnostische tests. Deze laten toe om op verplaatsing bepaalde testen en onderzoeken te gaan uitvoeren met een minimum aan beschikbare middelen. Deze onderzoekers bouwen een stuk papier, maar dat dezelfde capaciteit heeft als dure testen die enkel in laboratoria uitgevoerd worden. Met deze stukjes papier kan men dus dezelfde onderzoeken als in ziekenhuizen gaan uitvoeren. Maar de ontwikkeling van deze wegwerpbare medische testen is niet enkel gericht op de hulpverlening voor mensen in landelijke gebieden die niet de mogelijkheid hebben om naar een ziekenhuis te gaan. Deze zouden namelijk ook gebruikt kunnen worden in ziekenhuizen. Men kan deze integreren in chirurgische instrumenten en andere medische apparatuur.

De reden dat men voor papier kiest voor deze wegwerpbare medische testen is omdat papier goedkoop is en niet veel weegt. Daarnaast kan men nadat de test éénmaal is uitgevoerd, het papier gaan verbranden om besmettingsgevaar te vermijden. Diagnostics For All, is één van de bedrijven die zich bezighoudt met de ontwikkeling van deze medische testen. De onderzoekers van Diagnostics For All hebben een stukje papier ontwikkeld, die niet groter is dan een postzegel, dat kan gebruikt worden om bloed van een patiënt te onderzoeken. Deze 'postzegel' bevat kleine kanaaltjes die het bloed, en eventueel andere vloeistoffen, naar de juiste bestemming begeleiden. Het bloed wordt geleid naar een gebied op de postzegel die behandelt is met bepaalde chemicaliën. Eenmaal het bloed in contact komt met deze chemicaliën gaan deze bijvoorbeeld veranderen van kleur. Het kleur is dan de indicator voor het resultaat van de test. Het grote voordeel van dergelijke medische testen, is dat enorm eenvoudig uit te voeren zijn. Er is dus geen laboratorium met speciaal opgeleide mensen nodig. Daarnaast is er geen water of elektriciteit nodig om deze testen uit te voeren. Op sommige van de locaties waar deze wegwerpbare medische testen het hoogst nodig zijn, is er geen elektriciteit en/of drinkbaar water aanwezig.

Diagnostics For All heeft een dergelijke medische test ontwikkeld die leverenzymen kan onderzoeken. Aan de hand van deze onderzoeken van leverenzymen kunnen de hulpverleners zien of een AIDS patiënt de geschikte medicatie krijgt. Wanneer een AIDS patiënt de verkeerde medicatie krijgt dan wordt zijn toestand er alleen maar slechter op. Deze wegwerpbare test van Diagnostics For All kost maar een paar cent. De ontwikkeling zit al een ver gevorderd stadium en volgend jaar gaan ze van start met een veldproeven in Kenia. Maar de informatie die men verkrijgt via een dergelijke medische test die van kleur verandert afhankelijk van het resultaat van de test is nog vrij beperkt. En veel mensen zouden er enorm veel baat bij hebben indien dergelijke testen meer informatie zouden kunnen onthullen. Zo willen ze bij Diagnostics For All een wegwerpbare test ontwikkelen die informatie weergeeft over de virale lading van HIV/AIDS patiënten. Maar het is niet eenvoudig om een wegwerpbare test te gaan maken voor dit. Namelijk tot nu toe waren deze wegwerpbare testen kwalitatieve testen waarbij dus het antwoord 'ja' of 'nee' is. Maar bij een test voor de virale lading gaat het om een kwantitatieve test waarbij het resultaat geen 'ja' of 'nee' meer is, maar een waarde of eigenlijk dus een hoeveelheid.

Diagnostics For All werkt samen met MC10, dit is een bedrijf die gespecialiseerd is in de commercialisatie van hoge prestatie elektronische componenten. Deze samenwerking is gericht op de ontwikkeling van gesofisticeerde elektronica waarbij er onder andere lichtsensors, transistors en micro-led's geïntegreerd op het oppervlak van een blad papier. Deze onderdelen zouden dan gebruikt worden bij de medische testen. Namelijk zou een led door het bloed, die zich op de met chemicaliën behandelde locatie bevindt, schijnen. En aan de andere kant zouden er dan een reeks lichtsensors staan. Wanneer er dan bepaalde ziektemerkers in het onderzochte bloed zitten, dan zal dit meetbaar zijn aan de hand van de lichtstraal die gedetecteerd wordt met de lichtsensors. Deze informatie kan dan verwerkt worden door de transistors die ook geïntegreerd zijn in het papier. Het resultaat van al dit kan dat meegegeven worden aan de hulpverlener en de patiënt via een andere reeks led's.

Diagnostics For All en MC10 zijn dus samen op zoek naar manieren om alle deze componenten op een blad papier te gaan bouwen dat niet groter is dan een postzegel. Daarnaast is het de bedoeling dat de 'postzegel' voldoende dun blijft zodat men het steeds nog kan buigen. Maar dat de postzegel dun is mag niet ten koste zijn van de robuustheid van het toestel. En al dit moet dan ook nog een voor een spotgoedkope prijs. Una Ryan, CEO van Diagnostics For All, is er van overtuigd dat dit doel haalbaar is op technologisch vlak. Om de kostprijs niet te hoog laten oplopen mag er maar een beperkte hoeveelheid halfgeleidermateriaal gebruikt worden. Want dit zorgt ervoor dat het prijskaart groter wordt. En daarom gebruiken ze een nieuwe chemische-ets-en-stamp technologie voor het maken van de componenten op het papier. Deze technologie is ontwikkeld door John Rogers, professor in materiaal- en ingenieurswetenschappen aan de University of Illinois. Bij deze technologie vertrekt men niet van een wafer van halfgeleidermateriaal om één soort elektronische component in grote hoeveelheden te gaan maken. Maar hier gebruikt men ets-technieken om meerdere dunne lagen vorm te geven en aan te brengen op het oppervlak van een wafer. En op deze manier slaagt men erin om meer, verschillende componenten te bouwen met minder halfgeleidermateriaal. Een robot-gestuurde stempelmachine neemt dat deze gevormde componenten op en plaats ze op het bestemde oppervlak, namelijk in het geval van deze medische testen op papier.

Via deze techniek bestaat dus de mogelijkheid om deze wegwerpbare medische testen te gaan maken voor weinig geld. Momenteel verloopt de ontwikkeling ervan bij Diagnostics For All en MC10 vrij vlot. De basis achter deze technologie staat al vrij goed op punt en dus is men momenteel al bezig met de commercialisatie en de verdere ontwikkeling ervan. Bij die kwantitatieve testen is er nog een obstakel aanwezig voordat men echt een veldproef kan gaan uitvoeren. Namelijk is er elektriciteit nodig om deze kwantitatieve testen te laten werken. Deze testen duren maar een aantal minuten en vraagt dus geen volledig opgeladen batterij. En daarom concentreert de verdere ontwikkeling van deze kwantitatieve op de integratie van een dunne batterij in het stukje papier. Zo is er geen aparte batterij meer nodig om de test uit te voeren.

Geschreven door Emile Glorieux, Bron [technologyreview]