Ny skærmteknologi gør kontaktlinser til smarte biosensorer

Det amerikanske forskerhold bag biosensoren vurderer, at der kan klemmes 2.500 biosensorer ind i en kontaktlinse, som dermed kan overvåge forskellige former for sygdomme. Illustration: Jack Forkey/Oregon State University

Det er en af de helt store medicinske drømme; en kontaktlinse, som med tusindvis af indbyggede biosensorer konstant overvåger vores helbred ved at måle indholdet af stoffer i væsken i vores øjne.

På den måde slipper eksempelvis personer med diabetes for at skulle penetrere huden med nåle for at bestemme det mest hensigtsmæssige niveau af insulin. Den opgave klarer biosensoren og transmitterer tallet til personens mobiltelefon.

Et biosensor-forskehold fra Oregon State University anslår nu, at en sådan teknologi er inden for rækkevidde om nogle år. Og opsigtsvækkende og på sin vis dejligt afvekslende og befriende kommer deres udmelding både med forbehold og uden hype - i modsætning til når andre og mere kommercielle kontaktlinse-biosensor-projekter har meddelt omverdenen, at den revolutionerende kontaktlinse snart findes på et øje nær eller i dig.

Læs også: Biosensorer - et nåleøje i bioteknologisk industri.

»Denne form for biosensorer er på nuværende tidspunkt slet ikke så gode, at vi kommer til at gøre medarbejderne på de laboratorier, der udfører blodprøver, arbejdsløse. Men vi kan udføre mange diagnosticeringer på baggrund af oplysninger, der udtrækkes fra tårer,« sagde Gregory Herman fra Oregon State University.

Hans udtalelse faldt, da han præsenterede forskningen med biosensoren under landsmødet for The National Meeting & Exposition of the American Chemical Society. Ifølge Phys.org er Gregory Herman og hans forskerhold så langt fremme med deres arbejde, at de klar til at udføre dyreforsøg med biosensorer allerede i år.

Gennembrud med IGZO-skærmteknologi

Forskernes biosensorer er baseret på et halvledermateriale bestående af indium, gallium, zink og ilt, som indgår i den patenterede skærmteknologi IGZO.

I øjeblikket er der kun to producenter, der har licens til at producere skærmpaneler med IGZO-teknologien; Samsung og Sharp.

Hvis du råder over en nyere iPad fra Apple, har du muligvis prøvet at røre en skærm med IGZO, men teknologien er stadig så meget i sin vorden, at eksempelvis Apple først i år er begyndt at udbrede den til sine øvrige produkter.

Trods denne vordende brug i hverdagen til vores almindelige it-produkter er det også først for nylig, at forskere for alvor er begyndt at undersøge potentialet ved IGZO i forbindelse med biomedicinsk udstyr.

Læs også: Producenter kritiske over for biosensorer

Gregory Herman og hans hold har i den forbindelse udviklet en måde at producere biosensorer på, der indeholder et transparent stykke med IGZO-transistorer og enzymet glucose oxidase.

Glucose oxidase anvendes i forvejen i de traditionelle metoder til at måle blodsukker på, altså mængden af druesukker (glucose) i vores blod. Glucose oxidase katalyserer simpelthen iltningen af druesukkeret i blodet ved hjælp af luftens ilt, således at der dannes glukonsyre og brintoverilte. Når druesukkeret bliver oxideret, ændres pH-værdien og den elektriske ladning i IGZO-transistoren. Intensiteten i ændringen er med til at angive mængden af druesukker i blodet.

2.500 biosensorer i én linse

En biosensor baseret på denne teknologi med en IGZO-transistor kan også bruges som et lille implantat under huden, men håbet med biosensorer er knyttet til, at man kan udføre diagnosticeringer, som er mindre smertefulde, idet de ikke kræver indvortes indgreb eller produkter, der skal fungere under huden med risiko for infektioner.

I tilfældet med Oregon State University-forskerholdets biosensor gør de også brug af specialudviklede nanostrukturer i biosensoren for at øge følsomheden og kompensere for, at målingen af blodsukker-niveau via væske i øjet kræver ekstra fintfølende måleudstyr.

Læs også: Eksempler på biometriske teknologier og biosensorer

I teorien kan der blive tale om 2.500 biosensorer, der kan klemmes ind på en kvadrat på en millimeter af en kontaktlinse. Disse biosensorer kan så hver især monitorere forskellige kropsfunktioner og indikere, hvorvidt vores nyrer fungerer ordentligt, eller om der er tegn på kræft.

Fuldt udviklet er det hensigten, at biosensorerne skal være i stand til at transmittere de indsamlede helbredsoplysninger til brugerens smartphone via Bluetooth eller wifi.

Googles kiksede biosensor

Men som nævnt tager forskerholdet også forbehold for deres biosensor-arbejde og forsøg på at slå igennem med sundheds-it. Det er der også grund til at tage, viser andres bitre erfaringer.

Tag eksempelvis selveste Google, som har dedikeret en tredjedel af sin venturekapital til sundheds-it, men uden de store resultater hidtil. Den største misere er life science-selskabet Verily.

I 2014 annoncerede Verily, at det blot ville tage dem et halvt år at fremstille en prototype på en fluorescerende kontaktlinse til glukosemåling, så diabetikere kunne slippe for at tage blodprøver for at måle blodsukkeret. Men partikler i luften har vist sig at besværliggøre glukosemålingen.

Læs også: Den elektroniske læge: Kan science fiction-fantasien blive virkelighed?

Tariq Osman Andersen er adjunkt ved Datalogisk Institut ved Københavns Universitet og forsker i mHealth, det vil sige medicin og folkesundhed understøttet af mobile enheder. Han mener, at de potentielle tricordere og biosensorer er endnu et vidnesbyrd om et igangværende boom af spændende teknologier, men at det svære er at gøre dem anvendelige og sikre sig, at de rent faktisk er klinisk pålidelige.

Kan overbebyrde læger

I Tariq Osman Andersens arbejde på det såkaldte Scaut-projekt er en af de store udfordringer netop at bringe sensordata fra pacemakere til anvendelse for patienter og klinisk personale på Hjertecentret på Rigshospitalet.

»En ting er at skabe nye sundhedsdata fra sensorer i og omkring patienter. Noget helt andet er at gøre data meningsfulde og handlebare for kliniker og patient på samme tid,« siger han og pointerer, at mange nye ‘selvhjælpsteknologier’ mangler den menneskelige dimension, der kan gøre det nemt for en patient at handle på baggrund af data i sin hverdag. Det kræver meget ofte et loop mellem eksperter som læger og sygeplejersker.

»Potentialet er stort. Bagsiden er også bare, at vi nemt risikerer, at lægerne bliver overbebyrdet med patienter, som har indsamlet alle mulige former for sundhedsdata om deres tilstand. Når vi ikke samtidig designer samarbejde og kommunikation omkring de nye data, så vil både patient og kliniker få svært ved at tage dem til sig,« sagde Tariq Osman Andersen til Ingeniøren i februar.

Du kan læse mere om det amerikanske forskerholds bestræbelser på at fremstille en gennemsigtig biosensor hos Phys.org og i dette studie publiceret i tidsskriftet NanoScale via Royal Society of Chemistry.