Small vibrating sensors help spot early signs of disease and infection / Piccoli sensori a vibrazione aiutano a individuare i primi segni di malattia e infezione

 Small vibrating sensors help spot early signs of disease and infection / Piccoli sensori a vibrazione aiutano a individuare i primi segni di malattia e infezione

Segnalato dal Dott. Giuseppe Cotellessa / Reported by Dr. Giuseppe Cotellessa

Microelectromechanical resonators

Purdue University researchers have developed small vibrating sensors to identify biological markers in blood, an advance that could help early stage detection of diseases and infections.

The plate-style microelectromechanical resonators reportedly allow for sensitive, inexpensive detection of biomarkers using just a drop or two of blood.

“The goal here is to find the disease so early that you can treat it without invasive surgery,” said Jeffrey Rhoads, a professor in Purdue’s School of Mechanical Engineering. “The test looks for a particular protein related to a disease, so you could use this for the detection of many different diseases.”

The sensors use a piezoelectrically actuated resonant microsystem, which when driven by electricity can sense a change in mass. The sensitivity of the resonator increases as the resonant frequency increases, making high-frequency resonators excellent candidates for biomarker detection, Rhoads said. The method also is much faster and less expensive than other types of medical tests.

A paper describing the work has been published in IEEE Sensors Letters.

Rhoads said they discovered a way to conduct the test that identifies a minute amount of protein in a very small amount of blood.

“Detecting biomarkers is like trying to find a handful of needles in a large haystack. So we devised a method that divided the large haystack into smaller haystacks,” Rhoads said. “Instead of having a single sensor, it makes more sense to have an array of sensors and do statistical-based detection.”

One of the first uses for the test could be the early detection of traumatic brain injury in athletes, particularly American football and soccer players. Concussions now are diagnosed using a battery of tests, often starting with asking an athlete whether they know what time it is or where they are. They then move to cognitive tests that grade concussion symptoms along a scale.

Purdue’s Prof Eric Nauman said that while five per cent to 10 percent of high school football players will be diagnosed with concussions, over 50 per cent of those athletes will experience neurological changes before a concussion is diagnosed. Researchers have learned that a concussion is generally an accumulation of injury and the test they have developed can detect the traumatic brain injury before it becomes symptomatic.

The test developed by Purdue researchers can detect minute amounts of proteins, including protein from glial cells, which surround neurons in the brain. The proteins are secreted in relatively high concentrations in cerebrospinal fluid of victims of traumatic brain injury. Prior studies have found that a small amount of fluid leaked through the blood-brain barrier and got into the bloodstream of victims.

The test also is inexpensive so a high school sports team could do several mass screenings a season, Rhoads said. Nauman said the Purdue Neurotrauma Group hopes to test high school athletes next autumn.

The test also could be used for the early detection of Alzheimer’s disease and Parkinson’s, Nauman said. “You can basically look for general neurodegeneration, not just in athletes.”

The researchers believe the test also could be used to detect countless other diseases. They are looking for licensees to use the test to search for other small amounts of protein that are early signs of disease.

ITALIANO

I ricercatori della Purdue University hanno sviluppato piccoli sensori a vibrazione per identificare i marcatori biologici nel sangue, un progresso che potrebbe aiutare la diagnosi precoce di malattie e infezioni.

Secondo quanto riferito, i risuonatori microelettromeccanici a piastra possono rivelare un rilevamento sensibile e poco costoso di biomarcatori usando solo una goccia o due di sangue.

"L'obiettivo qui è trovare la malattia così presto da poterla trattare senza chirurgia invasiva", ha detto Jeffrey Rhoads, professore alla Purdue's School of Mechanical Engineering. "Il test cerca una particolare proteina correlata a una malattia, quindi potresti usarla per individuare molte malattie diverse".

I sensori utilizzano un microsistema risonante azionato piezoelettrico, che quando viene guidato dall'elettricità può rilevare un cambiamento di massa. La sensibilità del risonatore aumenta con l'aumentare della frequenza di risonanza, rendendo i risonatori ad alta frequenza eccellenti candidati per il rilevamento di biomarker, ha detto Rhoads. Il metodo è anche molto più veloce e meno costoso rispetto ad altri tipi di test medici.

Un documento che descrive il lavoro è stato pubblicato in IEEE Sensors Letters.

Rhoad ha detto di aver scoperto un modo per condurre il test che identifica una quantità minima di proteine ​​in una quantità molto piccola di sangue.

"Rilevare biomarcatori è come cercare di trovare una manciata di aghi in un grande pagliaio. Quindi abbiamo ideato un metodo che dividesse il grande pagliaio in piccoli mucchi di fieno ", ha detto Rhoads. "Invece di avere un singolo sensore, ha più senso avere una serie di sensori e fare rilevazioni basate su statistiche."

Uno dei primi usi del test potrebbe essere la diagnosi precoce di lesioni traumatiche cerebrali negli atleti, in particolare i giocatori di football americano e di calcio. Le commozioni cerebrali ora vengono diagnosticate usando una batteria di test, spesso iniziando chiedendo ad un atleta se sanno che ora è o dove si trovano. Passano quindi a test cognitivi che valutano i sintomi della concussione su una scala.

Il professore di Purdue, Eric Nauman, ha affermato che mentre il 5% -10% dei giocatori di football delle scuole superiori verrà diagnosticato con una commozione cerebrale, oltre il 50% di questi atleti subirà dei cambiamenti neurologici prima che una commozione cerebrale venga diagnosticata. I ricercatori hanno imparato che una commozione cerebrale è generalmente un accumulo di lesioni e il test che hanno sviluppato può rilevare la lesione traumatica del cervello prima che diventi sintomatico.

Il test sviluppato dai ricercatori di Purdue è in grado di rilevare quantità minime di proteine, incluse le proteine ​​delle cellule gliali, che circondano i neuroni nel cervello. Le proteine ​​sono secrete in concentrazioni relativamente alte nel liquido cerebrospinale delle vittime di lesioni traumatiche al cervello. Studi precedenti hanno scoperto che una piccola quantità di liquido fuoriusciva attraverso la barriera emato-encefalica e si infilava nel flusso sanguigno delle vittime.

Il test è anche economico, quindi una squadra sportiva delle superiori potrebbe fare diverse proiezioni di massa a stagione, ha detto Rhoads. Nauman ha detto che il gruppo Purdue Neurotrauma spera di testare gli atleti delle scuole superiori il prossimo autunno.

Il test potrebbe anche essere utilizzato per la diagnosi precoce del morbo di Alzheimer e del morbo di Parkinson, ha detto Nauman. "Puoi fondamentalmente cercare la neurodegenerazione generale, non solo negli atleti".

I ricercatori ritengono che il test possa essere utilizzato anche per rilevare innumerevoli altre malattie. Stanno cercando licenziatari per utilizzare il test per cercare altre piccole quantità di proteine ​​che sono i primi segni di malattia.

Da:

https://www.theengineer.co.uk/diseases-sensors-purdue/?cmpid=tenews_4346268&adg=CA40D8F0-63B9-4BE1-90A0-3379B1DDE40E