CRII: SCH: A Smart Biosensor for Monitoring Cell Sickling in Patients with Sickle Cell Disease

CRII:SCH:用于监测镰状细胞病患者细胞镰状化的智能生物传感器

基本信息

  • 批准号:
    1464102
  • 负责人:
  • 金额:
    $ 16.69万
  • 依托单位:
  • 依托单位国家:
    美国
  • 项目类别:
    Standard Grant
  • 财政年份:
    2015
  • 资助国家:
    美国
  • 起止时间:
    2015-09-01 至 2018-08-31
  • 项目状态:
    已结题

项目摘要

The objective of this research project is to develop a portable, smart biosensor for monitoring of abnormal blood activities in patients with sickle cell disease (SCD). Despite the advanced healthcare system in the US, life expectancy of SCD patients is limited to about 50 years and patients suffer from unpredictable pain crises. Vascular occlusion is the primary cause of various clinical complications and shortened lifespan. The developed method will provide rapid blood testing in a minimally-invasive manner. Specifically, a quantitative measurement of cell sickling that is a primary contributing factor of vascular occlusion will be made. This project will open up new opportunities to gather large quantities of longitudinal cell sickling data to be associated with clinical outcomes and to help establish criteria for prediction of pain crises in individual SCD patients. Alerts will be raised when the measured cell sickling level is higher than the patient's "normal" range, allowing quicker interventions to prevent further complications and pain crises. This effort can potentially revolutionize the diagnostics and personalized-management of SCD. The essential idea of the smart biosensor is to integrate a microfluidic impedance sensing module and a sensing interface module on a single portable device. The disposable sensing module consumes a single drop of blood, allowing in situ measurement of cell sickling induced by deoxygenated abnormal sickle hemoglobin. The integration of smart phone with the biosensor will provide flexible opportunities to SCD patients for long-term monitoring of abnormal blood activities outside hospital and laboratory. To accomplish this goal, the PI will focus on the following research objectives: (a) Integrate a microelectrode impedance transducer into a microfluidic hypoxia channel that mimics in vivo hypoxia-induced cell sickling conditions; determine the accuracy and sensitivity of electrical impedance as a sensing signal of cell sickling; (b) Functionalize the microfluidic channel with oxidoreductase agent to miniaturize the hypoxia control unit as well as to accelerate the cell sickling rate; (c) Establish communication between the microfluidic impedance sensing module and a smartphone through Bluetooth technology for analysis and display of results. This research will be the first attempt to electrically measure cell sickling events triggered by on-chip hypoxia in a portable device. This project makes contributions to the fields of biosensing, hematopathology, and healthcare monitoring.
该研究项目的目标是开发一种便携式智能生物传感器,用于监测镰状细胞病(SCD)患者的异常血液活动。尽管美国拥有先进的医疗体系,但SCD患者的预期寿命限制在50岁左右,患者遭受不可预测的疼痛危机。血管闭塞是各种临床并发症和缩短寿命的主要原因。所开发的方法将以微创的方式提供快速血液检测。具体地说,将对细胞镰状细胞进行定量测量,这是导致血管闭塞的主要因素。该项目将为收集大量与临床结果相关的纵向细胞镰状细胞数据开辟新的机会,并有助于建立预测个体SCD患者疼痛危机的标准。当测量到的细胞镰状细胞水平高于患者的“正常”范围时,警报将被提高,从而允许更快的干预,以防止进一步的并发症和疼痛危机。这项工作可能会彻底改变SCD的诊断和个性化管理。智能生物传感器的核心思想是将微流控阻抗传感模块和传感接口模块集成在一个便携式设备上。一次性传感模块消耗一滴血,允许原位测量由缺氧异常镰状血红蛋白引起的细胞镰状坏死。智能手机与生物传感器的集成将为SCD患者在医院和实验室外长期监测异常血液活动提供灵活的机会。为了实现这一目标,PI将专注于以下研究目标:(a)将微电极阻抗传感器集成到微流体缺氧通道中,模拟体内缺氧诱导的细胞镰状细胞条件;测定电阻抗作为细胞镰状细胞的传感信号的准确性和灵敏度;(b)用氧化还原酶对微流控通道进行功能化,使缺氧控制装置小型化,加快细胞镰状细胞速率;(c)通过蓝牙技术建立微流控阻抗传感模块与智能手机之间的通信,用于分析和显示结果。这项研究将是第一次尝试在便携式设备上用电测量芯片上缺氧引发的细胞镰状细胞事件。该项目对生物传感、血液病理学和医疗监测领域做出了贡献。

项目成果

期刊论文数量(4)
专著数量(0)
科研奖励数量(0)
会议论文数量(0)
专利数量(0)
Dynamic fatigue measurement of human erythrocytes using dielectrophoresis
  • DOI:
    10.1016/j.actbio.2017.05.037
  • 发表时间:
    2017-07-15
  • 期刊:
  • 影响因子:
    9.7
  • 作者:
    Qiang, Yuhao;Liu, Jia;Du, E.
  • 通讯作者:
    Du, E.
Erythrocyte Membrane Failure by Electromechanical Stress
  • DOI:
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  • 发表时间:
    2018-02-01
  • 期刊:
  • 影响因子:
    2.7
  • 作者:
    Du, E.;Qiang, Yuhao;Liu, Jia
  • 通讯作者:
    Liu, Jia
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  • DOI:
    10.3390/mi9010021
  • 发表时间:
    2018
  • 期刊:
  • 影响因子:
    3.4
  • 作者:
    Qiang, Y.
  • 通讯作者:
    Qiang, Y.
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  • 通讯作者:
    Yating Wang

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