Si la fumée indique un incendie, l'oxyde nitrique signale une inflammation. Le médiateur chimique favorise l'inflammation, mais les chercheurs soupçonnent qu'il peut trop bien faire son travail après des ruptures du ligament croisé antérieur (LCA) et des blessures connexes et initier une arthrose précoce. En règle générale, la maladie dégénérative n'est diagnostiquée qu'après des symptômes progressifs, mais elle pourrait potentiellement être identifiée beaucoup plus tôt grâce à la surveillance de l'oxyde nitrique, selon Huanyu "Larry" Cheng, professeur agrégé James E. Henderson Jr. Memorial de sciences de l'ingénieur et de mécanique à Penn State .

Cheng et son étudiant, Shangbin Liu, qui ont obtenu une maîtrise en sciences de l'ingénieur et en mécanique à Penn State cette année, ont collaboré avec des chercheurs basés en Chine pour développer un biocapteur flexible capable de détecter l'oxyde nitrique en continu et sans fil chez les lapins. Ils ont publié leur approche dans les Proceedings of the National Academy of Sciences .

"L'évaluation en temps réel des biomarqueurs associés à l'inflammation, tels que l'oxyde nitrique dans la cavité articulaire, pourrait indiquer une évolution pathologique lors du développement initial de l'arthrose, fournissant des informations essentielles pour optimiser les thérapies après une blessure traumatique au genou", a déclaré Cheng.

Le défi, selon Cheng, est que la détection de l'oxyde nitrique nécessite des capteurs électrochimiques très sensibles et stables qui sont également flexibles et biocompatibles afin que les origines géographiques de l'oxyde nitrique puissent être cartographiées avec précision. L'auteur correspondant Lan Yin, professeur agrégé à l'École des sciences et de l'ingénierie des matériaux de l'Université Tsinghua en Chine, a précédemment dirigé le développement d'un capteur électrochimique flexible et sensible à l'oxyde nitrique, mais il s'appuyait sur une configuration d'électrodes qui limitait ses capacités.

"La surface limitée a rendu difficile l'obtention simultanée d'une sensibilité élevée et d'une résolution spatiale élevée", a déclaré Yin, ce qui signifie que l'appareil peut être capable de détecter l'oxyde nitrique, mais peut ne pas être en mesure de déterminer exactement d'où il provient, donc ce n'était pas le cas. clairement si le signal était lié au site de la blessure ou aux tissus environnants. "Un réétalonnage était également nécessaire sur une base régulière pour garantir la précision souhaitable."

Les chercheurs se sont tournés vers la solution potentielle des transistors électrochimiques organiques (OECT) flexibles et biocompatibles, qui peuvent utiliser la tension et les courants pour identifier et amplifier les signaux. Même de petites concentrations d'ions sont détectables et amplifiables une fois qu'elles s'oxydent sur l'électrode de grille et entraînent les ions de l'électrolyte dans le canal de l'appareil ; cependant, le canal est constitué d'un polymère, connu sous le nom de PEDOT:PSS, qui fonctionne souvent à une tension de grille différente de celle de l'oxyde nitrique.

"Nous avons réglé la géométrie du canal et les matériaux de la grille pour aligner la manière dont les signaux électrochimiques d'oxyde nitrique pénètrent dans le canal et la manière dont l'appareil les détecte, optimisant ainsi les capacités de détection", a déclaré Cheng. "Le capteur sans référence avec une région de détection active miniaturisée permet la détection de l'oxyde nitrique avec une résolution spatiale améliorée par rapport aux capteurs d'oxyde nitrique électrochimiques précédemment signalés, ce qui pourrait permettre la cartographie des signaux électrochimiques pour offrir des informations de diagnostic complètes."

Les chercheurs ont intégré les capteurs à un module de circuit personnalisé, ce qui a donné un appareil qui surveille en continu et sans fil les niveaux d'oxyde nitrique, qui sont transmis via Bluetooth à une application de téléphone portable. Pour tester la conception, les chercheurs ont implanté les dispositifs chez des lapins. Pendant huit jours, les chercheurs ont découvert que les appareils détectaient avec succès les concentrations d'oxyde nitrique.

"Les résultats indiquent que les premiers signes de concentrations élevées d'oxyde nitrique pourraient être corrélés à l'inflammation et à la dégénérescence du cartilage à un stade ultérieur, ce qui pourrait potentiellement offrir des informations essentielles pour évaluer la progression de l'arthrose après une lésion du LCA et optimiser les traitements post-traumatiques", a déclaré Cheng.

Les chercheurs prévoient de continuer à étudier le lien entre les concentrations d'oxyde nitrique et l'arthrose et à affiner la technologie de détection, selon Cheng.

"Dans l'ensemble, les options de matériaux et la conception des dispositifs proposés pourraient offrir une base d'ingénierie essentielle pour décoder les problèmes de santé à un stade précoce et maximiser les résultats thérapeutiques de la dégénérescence et des troubles associés", a déclaré Yin. + Explorer plus loin

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