Forscher des Sandia National Laboratories haben ein tragbares Sensorpflaster entwickelt, das kontinuierlich den Gehalt des Antibiotikums Vancomycin überwachen kann. Das Pflaster verwendet elektrochemische Mikronadel-Sensoren, die sogenannte Aptamere, also DNA-Stränge in Nanogröße, enthalten. Diese Aptamere ändern ihre Form, wenn sie an Vancomycin binden. Das Sensorensystem erkennt diese Formveränderung und ermöglicht Echtzeitmessungen der Antibiotikum-Konzentration. Das Pflaster kann entsprechend der Anzahl der Mikronadeln angepasst werden und wurde erfolgreich in einer Salzlösung und unverdünntem Kuhblut getestet. Die nächsten Tests des Systems sollen an Menschen oder anderen Tieren stattfinden, um seine Wirksamkeit über einen längeren Zeitraum zu bestätigen. Die Forscher schlagen außerdem vor, ähnliche Systeme mit unterschiedlichen DNA-Aptameren zu entwickeln, um andere Proteine oder Moleküle zu überwachen, die sich während einer Infektion verändern. Das System hat Potenzial für den schnellen Diagnoseeinsatz und die Triage in Notfallsituationen.
Einführung
Dieser Artikel befasst sich mit der Entwicklung eines tragbaren Sensor-Pflasters durch Forscher des Sandia National Laboratories. Das Pflaster ist darauf ausgelegt, die Spiegel des Antibiotikums Vancomycin in Echtzeit kontinuierlich zu überwachen. Es verwendet elektrochemische Mikronadel-Sensoren, die DNA-Aptamere enthalten, die Veränderungen in ihrer Form erkennen, wenn sie an Vancomycin binden. Diese Innovation hat Potenzial für verschiedene medizinische Bereiche, einschließlich schneller Diagnose und Notfall-Triage.
Entwicklung des tragbaren Sensor-Pflasters
Das von den Forschern des Sandia National Laboratories entwickelte tragbare Sensor-Pflaster ist zur Überwachung von Antibiotikumspiegeln konzipiert und zielt speziell auf Vancomycin ab. Das Pflaster enthält elektrochemische Mikronadel-Sensoren, die nanoskalige DNA-Aptamere verwenden. Diese DNA-Aptamere verändern ihre Form, wenn sie mit Vancomycin in Kontakt kommen. Dadurch kann das Sensorsystem die Konzentration des Antibiotikums in Echtzeit erkennen und messen.
Elektrochemische Mikronadel-Sensoren
Die elektrochemischen Mikronadel-Sensoren sind ein wesentlicher Bestandteil des tragbaren Pflasters. Diese Sensoren können Veränderungen in der Form von DNA-Aptameren erkennen, wenn sie an Vancomycin binden. Die Sensoren sind anpassungsfähig gestaltet und ermöglichen unterschiedliche Anzahlen von Mikronadeln, je nach den spezifischen Anforderungen der Anwendung.
DNA-Aptamere
Das tragbare Sensor-Pflaster enthält nanoskalige DNA-Aptamere. Aptamere sind einzelsträngige DNA- oder RNA-Moleküle mit hochspezifischen Bindungseigenschaften. Im Fall des Pflasters sind die DNA-Aptamere speziell so entwickelt, dass sie an Vancomycin binden. Wenn die Aptamere an das Antibiotikum binden, verändern sie ihre Form, was vom Sensorsystem erkannt werden kann. Diese Formveränderung wird genutzt, um die Konzentration von Vancomycin in Echtzeit zu messen.
Tests und Ergebnisse
Das tragbare Sensor-Pflaster wurde erfolgreich in verschiedenen Szenarien getestet, um seine Funktionalität und Wirksamkeit zu bewerten.
Tests mit Kochsalzlösung
Die Forscher führten erste Tests des Sensor-Pflasters in einer Kochsalzlösung durch. Dies ermöglichte es ihnen, die Leistung des Pflasters in einer kontrollierten Umgebung zu bewerten. Das Pflaster lieferte genaue und Echtzeit-Messungen der Vancomycin-Konzentration in der Kochsalzlösung.
Tests mit unverdünntem Rinderblut
Um die Effektivität des tragbaren Sensor-Pflasters weiter zu validieren, führten die Forscher Tests mit unverdünntem Rinderblut durch. Dies ist eine komplexere Umgebung, die den Bedingungen im menschlichen Körper ähnelt. Das Pflaster zeigte erneut zuverlässige und genaue Messungen der Vancomycin-Spiegel in Echtzeit.
Nächste Schritte: Tests an Menschen und Tieren
Die Forscher planen, mit Tests des tragbaren Sensor-Pflasters an Menschen oder anderen Tieren voranzukommen. Dies soll helfen, die Langzeitwirksamkeit und Zuverlässigkeit des Systems zu bestimmen. Durch die Überwachung der Vancomycin-Spiegel über einen längeren Zeitraum können die Forscher Erkenntnisse über die Leistungsfähigkeit des Pflasters in realen Szenarien gewinnen.
Potentielle Anwendungen und zukünftige Entwicklungen
Das tragbare Sensor-Pflaster zur kontinuierlichen Überwachung von Antibiotikumspiegeln hat das Potenzial für eine Vielzahl von Anwendungen über die Überwachung von Vancomycin hinaus.
Überwachung anderer Proteine oder Moleküle
Die Forscher schlagen vor, dass ähnliche Systeme entwickelt werden könnten, die verschiedene DNA-Aptamere verwenden, um andere Proteine oder Moleküle zu überwachen, die sich während von Infektionen verändern. Dies eröffnet Möglichkeiten für die Überwachung verschiedener Biomarker und die Bereitstellung von Echtzeitdaten für schnelle Diagnose und Behandlung.
Notfall-Triage
Das tragbare Sensor-Pflaster könnte besonders nützlich in Notfallsituationen sein, in denen eine schnelle Triage entscheidend ist. Durch die kontinuierliche Überwachung der Antibiotikumspiegel können medizinische Fachkräfte fundierte Entscheidungen über die geeignete Behandlung von Patienten treffen.
Schlussfolgerung
Die Entwicklung eines tragbaren Sensor-Pflasters zur kontinuierlichen Überwachung von Antibiotikumspiegeln ist eine innovative und vielversprechende Weiterentwicklung in der medizinischen Technologie. Das Pflaster verwendet elektrochemische Mikronadel-Sensoren und DNA-Aptamere, um Echtzeitmessungen der Antibiotikumkonzentration zu liefern. Mit weiteren Tests und Fortschritten hat diese Technologie das Potenzial, die medizinische Diagnose und Behandlung zu revolutionieren, indem sie eine schnelle und genaue Überwachung verschiedener Biomarker in unterschiedlichen klinischen Umgebungen ermöglicht.
