心力衰竭是一个重大的全球健康问题，对没有医疗设施的人群构成更高的风险。为了应对这一问题，一组研究人员正在开发一种便携的筛查方法，可能使心力衰竭测试能够在家中进行。他们开发了一种电化学生物传感器原型，该传感器可以在短短15分钟内仅使用少量唾液分析两个重要的心力衰竭生物标志物。
心力衰竭是全球主要的死亡原因，尤其对缺乏医疗支持的人群而言尤其危险。为此，一组研究人员专注于将心力衰竭筛查从实验室环境转变为家庭使用。他们的创新电化学生物传感器原型类似于一种清晰的COVID-19侧流测试，能够在大约15分钟内从一滴唾液中评估两个重要的心力衰竭生物标志物。
科罗拉多州立大学的研究生特雷·皮特曼(Trey Pittman)计划在美国化学会秋季会议上展示他的团队的研究成果。
“我们的设备是为面临高心力衰竭风险且对医院或检测实验室访问有限的个人设计的，”皮特曼解释说。“这个项目对我来说特别重要，因为我来自密西西比州，这是美国心力衰竭死亡率最高的州之一。解决乡村和服务不足地区的健康不平等问题至关重要，”他强调。
心力衰竭发生在心肌减弱，无法向全身分配足够的富氧血液的情况下。目前，诊断心力衰竭的最可靠方法是由医疗专业人员每年进行两次的血液检测，该检测测量B型利钠肽（BNP）的水平，这是一个表明心脏承受压力的标志。
然而，及时护理技术的进步可能通过使简单的家庭唾液测试变得可行来使医疗保健的获取更加民主化。这些测试将使个人能够每几周监测自己的心脏健康，而不是像皮特曼所建议的那样等待六个月。便携式唾液测试的开发受到复杂制造过程和缺乏足够的数据与多种生物标志物相关的障碍的阻碍。
为了克服这些障碍，皮特曼和他的同事们在其经济型生物传感器原型（称为电化学毛细管驱动免疫测定（eCaDI））的开发中取得了可喜的进展。该团队与来自科罗拉多州立大学和澳大利亚格里菲斯大学的研究人员一起，将两种早期技术结合在一起：一种用于唾液的微流体设备和一种针对生物标志物蛋白Galectin-3和S100A7的生物传感器，发现其在唾液中的水平与心力衰竭状况相关。
eCaDI由五层构成，形似俱乐部三明治：三层透明、柔韧的塑料与交替的双面粘合层粘合在一起。
- 最上层塑料层设有小孔，用于引入唾液样本。
- 中间塑料层包括激光切割的通道，通向帮助吸引唾液的毛细纸方块。
- 外层塑料层之间包裹着与唾液反应的玻璃纤维试剂垫，当施加电流时，允许测量Galectin-3和S100A7。
- 底层塑料层的表面有碳墨水电极通过丝网印刷的方式形成。
- 两个电极通过连接到一种称为电位计的设备的小型有线夹供电，启动试剂垫上的化学反应。
“组装设备相对简单，”皮特曼指出。“我们可以在大约20到30分钟内生产五个单位。”每个eCaDI设计为一次性使用，生产成本大约为3美元；可重用的电位计的零售价约为20美元。
在演示过程中，研究团队在标准化的人类唾液样本中添加了特定水平的心力衰竭生物标志物以测试该设备。他们的研究结果表明，eCaDI成功识别了唾液样本中的Galectin-3和S100A7水平。“这些演示展示了创建可靠且无创电化学传感器以检测心力衰竭生物标志物的初步成就，”皮特曼表示。下一阶段将涉及在格里菲斯大学与健康个体和心力衰竭患者进行eCaDI的测试。
“这项技术可以作为开发各种疾病唾液测试的基础，”皮特曼建议。“我相信它有潜力对许多人的生活产生积极影响，尤其是那些服务不足的社区，帮助他们过上更长久、更健康的生活。”
这项研究获得了美国国立卫生研究院的资助。
