Skalpel, který sám vyšetří? Vědci z VŠCHT publikovali nový koncept diagnostického nástroje

Představte si, že chirurg při operaci nepotřebuje čekat na výsledky laboratorních testů – samotný nástroj by mu mohl jednou poskytnout základní informace o stavu pacienta přímo na sále. První krok směrem k této vizi udělali vědci z VŠCHT Praha ve skupině profesora Zdeňka Sofera (Sofer Group).

VŠCHT: Skalpel, který sám vyšetří. Vědci z VŠCHT publikovali nový koncept diagnostického nástroje.

Proof of concept: „Lab-on-a-Scalpel“

Výzkumný tým vyvinul koncept tzv. „Lab-on-a-Scalpel“ – chirurgického nástroje s miniaturním elektrochemickým senzorem vyrobeným pomocí 3D tisku. Tento senzor zatím funguje v laboratorních podmínkách a dokáže detekovat vybrané metabolity, například látky spojené se stresem organismu.

Jak to funguje?

• Elektrochemický senzor je integrovaný přímo do rukojeti nástroje.
• Díky kombinaci plastu a uhlíkových nanomateriálů vzniklých při 3D tisku lze dosáhnout měření nízkých koncentrací látek.
• Senzor je nutné kalibrovat pro konkrétní analyty (v závislosti na prostředí a pH, například v pufrech).

Jaké jsou možnosti do budoucna?

Pokud by se technologii podařilo dále rozvinout, mohla by v budoucnu umožnit:

• Rychlou detekci metabolitů během operací nebo biopsií.
• Sledování iontů a pH přímo v tkáni v reálném čase.
• Podporu onkologických a urgentních zákroků, kde je čas klíčový.

Prozatím jde především o vizi, která ukazuje směr, jak by mohly nanomateriály a 3D tisk jednou proměnit medicínskou diagnostiku.

Proč je to důležité?

Studie ukazuje, že i na běžně dostupných 3D tiskárnách lze vytvořit nástroj, do nějž je možné integrovat funkční elektrochemický senzor. To otevírá cestu k novým generacím diagnostických pomůcek, které by mohly v budoucnu zrychlit rozhodování lékařů.

Kdo za projektem stojí?

Koncept vznikl v rámci výzkumu Sofer Group na VŠCHT Praha, která se dlouhodobě zabývá nanomateriály a jejich aplikacemi v senzorech, elektronice a energetice. Na publikaci v prestižním časopise ACS Analytical Chemistry se podíleli Anastasios V. Papavasileiou, Lukáš Děkanovský a Zdeněk Sofer.

Původní článek

Lab-on-a-Scalpel: Medical Tool Incorporating a Disposable Fully 3D-Printed Electrochemical Cell Promoting Drop-Volume Chemical Analysis in the Operating Theater

Anastasios V. Papavasileiou*, Lukáš Děkanovský, and Zdeněk Sofer*

Anal. Chem. 2025, 97, 20, 10709–10719

https://doi.org/10.1021/acs.analchem.5c00599

licensed under CC-BY 4.0

Abstrakt

Chirurgické operace jsou složité a invazivní zákroky, které vyžadují nepřetržité sledování biochemického profilu pacienta. Testování v místě péče by zdravotnickým pracovníkům umožnilo identifikovat abnormality a provést nezbytné zásahy, aby se minimalizovalo riziko komplikací a zajistila bezpečnost pacienta. Za tímto účelem představujeme vývoj jednorázové a kompaktní elektrochemické cely, která je zcela vytištěna na 3D tiskárně a zabudována do lékařského skalpelu (Lab-on-a-Scalpel), s cílem podpořit (elektro)chemickou analýzu přímo na místě v operačním sále. Toto multifunkční zařízení minimalizuje počet nástrojů potřebných během operace a lze jej vyrobit na zakázku pomocí stolní 3D tiskárny za velmi nízkou cenu. Výkon senzorického zařízení Lab-on-a-Scalpel byl hodnocen pomocí různých elektrochemických technik (cyklická voltametrie, amperometrie a diferenciální pulzní voltametrie) a různých nastavení (míchání, analýza objemu kapky, polarizační potenciály atd.) pro stanovení epinefrinu. Výsledky ukázaly zajímavé analytické parametry, přičemž mez detekce (LOD) dosáhla 0,13 μM a vysoká přesnost byla prokázána ve studiích zpětného získávání provedených na umělých vzorcích krve. Naše zjištění naznačují, že Lab-on-a-Scalpel je cenným nástrojem, který umožňuje diagnostiku v blízkosti pacienta s minimálním objemem vzorku a má potenciál stát se nezbytným nástrojem pro roboticky asistovanou chirurgii.