Tuberkulose (TB) bly een van Suid-Afrika se grootste openbare gesondheidsuitdagings. Dr. Stephan Schoeman, onder leiding van Professore Willie Perold en Gerhard Walzl, het ’n draagbare elektrochemiese biosensor ontwerp, gebou en getoets wat vinniger en eenvoudiger sifting moontlik maak—veral in omgewings waar laboratoriumhulpbronne beperk is.

Waarom Vinniger TB-Sifting Belangrik is

Die Wêreldgesondheidsorganisasie (WGO) skat dat 10,6 miljoen mense in 2021 TB opgedoen het, met 8,2 miljoen nuwe gevalle wat in 2023 gediagnoseer is. Suid-Afrika het een van die hoogste voorkomskoerse wêreldwyd. Tog bly honderde duisende gevalle jaarliks onopgemerk.

Huidige kliniese toetse maak staat op sputummonsters, duur toerusting en opgeleide tegnici—faktore wat nie altyd beskikbaar is in primêre gesondheidsorgomgewings nie.

Om hierdie gaping te oorbrug, het die WGO teikenprodukprofiele gestel vir laekoste-toestelle wat TB kan opspoor deur merkers in bloed, urine of asem. Hierdie uitdaging het Dr. Schoeman se navorsing geïnspireer: die ontwikkeling van ’n miniatuur, weggooibare biosensor wat TB-verwante proteïene direk by die sorgpunt kan meet.

Navorsingsdoelwitte

Die navorsingspan het vyf hoofdoelwitte gestel:

• Oorsig van die veld: Bestaande TB-biosensors en elektrochemiese opsporingstegnieke ontleed.
• Analise van ’n kommersiële sensor: Sensitiwiteit, stabiliteit en vervaardigbaarheid geëvalueer.
• Iteratiewe prototipering: Verskillende materiale, elektrode-uitlegte en bindingsmetodes oor verskeie ontwerpsiklusse getoets.
• Bewys van konsep: Die finale toestel gebruik om ’n klinies relevante biomarker, C-reaktiewe proteïen (CRP), te meet.
• Toekomstige rigting: Verbeterings en breër toepassings geïdentifiseer.

Bou van die Toestel—Een Prototipe op ’n Slag

Vroeë ontwerpe het inspirasie geneem uit glukosetoetsstrokies en laterale vloei-toetse. Koolstof-nanovesels is as elektrode-materiaal gekies weens hul hoë oppervlakarea en bioversoenbaarheid.

’n Poreuse membraan is tussen twee werkende elektrodes geplaas, wat ’n kontrolekanaal skep wat elke toets valideer—soos die kontrolelyn op ’n tuis-swangerskapstoets.

Ses opeenvolgende prototipes het vervaardigingsuitdagings aangespreek, insluitend mikropatrone, vloeistofvloei en inkapseling. Die finale weergawe, Sensor M, het al hierdie verbeterings geïntegreer:

• ’n Vier-elektrode sel: twee werkende elektrodes (toets en kontrole), een verwysingselektrode en een teen-elektrode
• ’n Voorafbedekte reagenslaag met teenliggaampies spesifiek vir CRP
• ’n Weggooibare patroon, vervaardig met toerusting beskikbaar in die Departement Elektriese en Elektroniese Ingenieurswese

Sensor M kon CRP meet oor ’n indrukwekkende reeks van 10 ng/mL tot 1 pg/mL—’n duisendvoudige omvang wat klinies relevant is vir TB-sifting. Die ingeboude kontrole-elektrode verseker die geldigheid van elke toets, wat vertroue verhoog in veldtoestande.