Роботизированная система ускоряет забор крови и проведение анализов

Анализы крови – самая распространенная клиническая процедура в мире. В США каждый год проводятся 2 млрд таких процедур, и их результаты влияют на 80% медицинских решений, принимаемых в больницах и лабораториях. При этом качество процедуры зависит от навыков специалиста и от физиологических особенностей пациента. Часто проблемы возникают при заборе крови у детей и у людей, страдающих ожирением — у них сложно найти вены. Бо́льшая часть исследований проводится централизованно: из отдельных клиник материалы отправляют в специализированные лаборатории. В трудятся множества лаборантов, после чего результаты должны быть донесены до пациентов. С точки зрения логистики это сложная и дорогая схема.

Команда биомедицинских инженеров из Ратгерского университета разработала устройство для решения проблем со сложностью логистики, качеством сбора материала и скоростью анализов – Point of care testing (POCT). Роботизированная система забирает кровь, образец попадает в микрожидкостных систему – «лабораторию на чипе», центрифуга разделяет кровь на компоненты, а оптический микроскоп определяет количество лейкоцитов. Устройство может быть установлено как у больничной койки, так и в машине скорой помощи или кабинете врача.

На первом этапе в работу включается аппарат для забора крови. Устройство получает данные с помощью ультразвука (УЗИ) и спектроскопии в ближней инфракрасной области (БИК-спектроскопии), программное обеспечение составляет объёмную карту вен, после чего миниатюрный манипулятор с иглой делает прокол и забирает кровь.

Функция следующего модуля состоит в передаче образца крови в «лабораторию на чипе», которая затем окажется в центрифуге для анализа. Учёные использовали перистальтический насос, который и доставляет образец, и промывки аппарата солевым раствором. Венепунктурный робот делает прокол, насос включается и отправляет материал к следующему модулю.

Анализатор состоит из акрилового чипа, содержащего образец, центрифуги для фракционирования крови и оптической микроскопической системы. Центрифуга вращает акриловый чип со скоростью 10 000 оборотов в минуту для отделения клеточных компонентов крови от плазмы внутри чипа. Одноразовый чип выполнен из трёх слоёв акрила: внешних по 1,5 мм и внутреннего 0,9 мм. В чипе вырезан канал, по которому компоненты образца в нужной последовательности выстраивает центробежная сила. Миниатюрный флуоресцентный микроскоп после обнаружения белых кровяных клеток – лейкоцитов – измеряет толщину их слоя и сравнивает с помощью разработанного командой программного обеспечения с предустановленными настройками.

«Устройство — это мечта развития технологий анализа крови. Интеграция миниатюрных роботизированных и микрожидкостных систем позволила совместить точность традиционных технологий анализов со скоростью и удобством проведения процедур в любом месте и в любое время», – так восторженно комментируют свою разработку авторы исследования.

Научная работа опубликована в журнале Technology. doi.org/10.1142/S2339547818500048

Роботов, способных взять у человека кровь из вены, уже делали. Например, стартап Veebot в 2013 году представил подобный аппарат. Пациент помещает руку в манжету, инфракрасная камера ищет вены, а ультразвук определяет, достаточно ли интенсивно в вене течёт кровь. Затем роботизированная рука забирает кровь. Устройство находит вену с точностью до 83%. Процедура длится минуту. На данный момент о проекте ничего не слышно примерно с 2013 года, но на сайте указано, что компания набирает сотрудников.

Ещё один стартап с подобной технологией — VascuLogic. Устройство VenousPro использует те же датчики, чтобы сделать забор крови максимально быстрым и безболезненным для человека.