De integratie van nanotechnologieën in point-of-care (POC) diagnostische systemen markeert een fundamentele verschuiving in de manier waarop infectieziekten zoals HIV, tuberculose en malaria worden opgespoord en gemonitord, vooral in gebieden met beperkte middelen. Een centrale rol wordt hierbij gespeeld door Lab-on-Chip-systemen, waarin klassieke laboratoriumfunctionaliteiten worden samengebracht op micro- of nanoschaalplatforms, waarmee snelle, betrouwbare en kostenefficiënte analyse mogelijk wordt gemaakt.

Een van de meest veelbelovende toepassingen is nano-ondersteunde flowcytometrie, waarbij CD4+ T-lymfocyten – cruciale biomarkers bij HIV – worden geteld zonder gebruik van traditionele, dure optische lenzen of complexe vloeistofmanipulatiesystemen. Dankzij lensloze beeldvorming, breedveldtechnologie en minimalisering van optische componenten wordt de technologie geschikt voor veldtoepassing, ver weg van gecentraliseerde laboratoria.

Voor antigeen-antilichaam interacties zijn geminiaturiseerde immuno-gebaseerde assays ontwikkeld, waaronder de zogenoemde Micro-ELISA. Deze systemen vereisen slechts fracties van het monstervolume en analyseren aanzienlijk sneller dan conventionele ELISA-methodes. Wanneer gecombineerd met optische, elektrische of mechanische transducers, zoals bij snelle diagnostische testen (RDT’s), ontstaat een robuuste, veelzijdige detectiemogelijkheid die bijzonder waardevol is in urgente medische situaties.

Op nanoschaal biedt Surface Plasmon Resonance (SPR) detectie in combinatie met microfluïdica een gevoelig, label-vrij analysekanaal. De ontwikkeling van draagbare SPR-platforms, uitgerust met infrarood LED-bronnen en breedveldoptiek, opent de weg naar real-time monitoring van moleculaire interacties, bijvoorbeeld voor het detecteren van antiepileptica in speeksel. De resterende uitdagingen rond miniaturisering worden actief aangepakt via nanobuisjes, cantilevers en nanodraden, waarmee de productie goedkoper en de specificiteit verhoogd kan worden.

Verder zijn geïntegreerde biosensoren, gebaseerd op LSPR en microfluïdica, ontworpen met meerdere kanalen en microkamers, waardoor gelijktijdige detectie van verschillende pathogenen mogelijk wordt. Diffusieve menging en verhoogde reactiekinetiek in deze structuren versnellen de detectie van ziekteverwekkers substantieel. Dit alles draagt bij aan een diagnostisch proces dat niet enkel sneller, maar ook betrouwbaarder en toegankelijker is.

De behoefte aan dergelijke innovatieve diagnostische systemen wordt onderstreept door de WHO, met name voor ziekten als HIV en tuberculose in ontwikkelingslanden. POC-apparaten moeten in staat zijn tot accurate kwantificatie van CD4+ cellen (minder dan 150–200 cellen/μL) en virale lading (350–400 kopieën/mL) vanuit volbloedmonsters. Deze metingen zijn essentieel voor monitoring van de ziekte en het bepalen van het juiste moment voor antiretrovirale therapie (ART).

De nieuwste POC-platforms zijn vaak PMMA-gebaseerde microfluïdische mengers met elektroplatering en fotolithografie, waarbij het optische systeem tot een minimum is teruggebracht. Deze kenmerken maken het mogelijk om met minimale stroomvoorziening en minimale reagentia-inzet tot robuuste en snelle analyse te komen, zelfs buiten het laboratorium. Evaluatiecriteria voor dergelijke apparaten omvatten onder meer standaardisatie van testreagentia, identificatie van doelpathogenen en optimalisatie van prototypes richting grootschalige inzet.

Opkomende nano-POC systemen richten zich op snelle Proof

Hoe kunnen point-of-care (POC) diagnostische systemen bijdragen aan vroege ziekteopsporing?

Point-of-care diagnostiek (POCT) is uitgegroeid tot een essentieel onderdeel van moderne geneeskunde, met name bij de vroege detectie en monitoring van ziekten. Door gebruik te maken van snel beschikbare biologische markers kunnen zorgverleners klinische beslissingen nemen zonder afhankelijk te zijn van centrale laboratoria. Dit versnelt niet alleen de diagnose maar stelt patiënten ook in staat om een meer actieve rol te spelen in het beheer van hun gezondheid. In deze context spelen markers zoals lactaat, ureum (carbamide), ammoniak en diverse eiwitten een fundamentele rol.

Lactaat is een indicatie van cellulaire hypoxie of perfusiestoornis en wordt routinematig gebruikt op spoedeisende hulpafdelingen. Verhoogde niveaus duiden vaak op een tekort aan zuurstof in het bloed, wat een belangrijke aanwijzing kan zijn voor ischemie. Evenzo vormen de metingen van carbamide en ammoniak belangrijke diagnostische indicatoren voor respectievelijk nier- en leverfalen. Met name de niet-invasieve ademtest voor ammoniak biedt een praktisch, patiëntvriendelijk alternatief voor het opsporen van verhoogde ammoniakniveaus bij nierinsufficiëntie.

Eiwitten blijven centrale componenten van POC-testmethodes. Van enzymen en antilichamen tot hormonen, hun veelzijdige toepassing heeft geleid tot de ontwikkeling van testen die zelfs thuis kunnen worden uitgevoerd. De traditionele urinedipstick, geïntroduceerd in 1957, is geëvolueerd tot halfkwantitatieve systemen zoals die van de Clinitek Status analyzer. Hiermee kunnen patiënten met diabetes of nierziekte hun gezondheidstoestand autonoom volgen. Geavanceerde POC-systemen maken gebruik van immunoassay-technologieën die antigenen en antilichamen detecteren. Specifieke doelwitten zoals C-reactief proteïne (CRP), troponine I of T, glycogehb (HbA1c), prostaat-specifiek antigeen (PSA), en virale of bacteriële markers zoals HIV, chlamydia en hepatitis, zijn intussen gemeengoed. Apparaten zoals de OraQuick ADVANCE (HIV), QuickVue Influenza AB en Accustrip Strep A maken het mogelijk om met hoge precisie infecties snel vast te stellen.

De detectie en telling van cellen is een ander relevant domein binnen de POC-diagnostiek. Deze toepassingen winnen terrein in zowel humane als veterinaire contexten. Door middel van immunolabeling kunnen specifieke celreceptoren worden gelokaliseerd en gekwantificeerd. Automatische telling op het oppervlak van het apparaat maakt het mogelijk om bijvoorbeeld bloedcellen snel te analyseren. Zo wordt het aantal CD4+ lymfocyten gebruikt om de voortgang van HIV/AIDS te beoordelen. Hoewel de snelheid van microfluïdische celtrapping (100 cellen per seconde) achterblijft bij flowcytometrie, bieden POC-oplossingen aanzienlijke voordelen qua kostenefficiëntie en draagbaarheid.

Microben en pathogenen vormen een van de meest geanalyseerde doelwitten binnen POC-diagnostiek. Door nucleïnezuurdetectie kunnen pathogenen snel en met hoge specificiteit worden geïdentificeerd. In sommige gevallen, zoals bij tuberculose, wordt de detectie gedaan via antilichamen die in de gastheer aanwezig zijn. Immunochromatografische assays zoals laterale flow-technologieën maken het mogelijk om Streptococcus pneumoniae binnen 15 minuten aan te tonen. Ook malaria wordt op deze manier opgespoord. Voor bacteriën zoals Salmonella en Staphylococcus aureus zijn methodes zoals immunomagnetische fluorescentiedetectie in ontwikkeling, wat verdere verfijning van de diagnostiek mogelijk maakt. Snelle detectie van het influenzavirus, inclusief de H1N1-variant, is inmiddels standaardpraktijk in veel klinische settings.

Nucleïnezuurtesten vertegenwoordigen momenteel het snelst groeiende domein binnen de POC-diagnostiek. Ze vervangen steeds vaker de klassieke kweek- en immunologische testen. Door PCR en aanverwante technieken kunnen virussen, genetische mutaties en zelfs leefstijlgerelateerde aandoeningen worden opgespoord. In de context van influenza wordt een enkelreactie-PCR gebruikt om subtypen zoals H1, H3 of H5 te onderscheiden. DNA-microarrays maken gebruik van fluorescente signalering en hybridisatie tussen oppervlaktegebonden probes en gelabelde doelstructuren. Tegelijkertijd bieden elektrochemische detectietechnieken een draagbaar en minder omvangrijk alternatief voor optische apparaten. Een voorbeeld hiervan is de dipstick-analyse voor genetische polymorfismen in immuunsysteemgenen die betrokken zijn bij ontstekingsreacties.

Ten slotte speelt nanotechnologie een centrale rol in het ontwerpen van elektrodes en elektronentransportsystemen voor miniaturisatie van brandstofcellen. Deze bio-brandstofcellen worden ingezet in medische apparaten zoals pacemakers en biosensoren. WHO benadrukt het belang van goedkope, gebruikersvriendelijke en patiëntnabije analysemethoden. Een glucometer, gebaseerd op elektrochemische principes, is een schoolvoorbeeld van een toegankelijk POC-instrument. Door gebruik te maken van met metaal beklede koolstofnanostructuren als transducers, wordt de signaaloverdracht

Hoe kunnen consensusalgoritmes fouttolerantie bieden in gedistribueerde systemen?
Hoe verandert communicatie onze denkbeelden en hoe kunnen we dit begrijpen?
Hoe kunnen we de prestaties van kraterdetectiesystemen verbeteren door middel van machinaal leren en onbewaakte domeinadaptatie?