Dalam wawancara yang dilakukan di Pittcon 2023 di Philadelphia, Pennsylvania, kami berbicara dengan penerima Penghargaan Ralph N. Adams dalam Kimia Analitik tahun ini, Profesor Joseph Wang, tentang keserbagunaan dan arah masa depan teknologi biosensor.
Bisakah Anda memperkenalkan diri dan kegiatan penelitian Anda saat ini?
Nama saya Joseph Wang, dan saya seorang Profesor Nanoengineering di UC San Diego, berfokus pada pengembangan sensor yang dapat dipakai dan robot skala mikro untuk aplikasi biomedis.
Saat ini saya merancang sensor elektrokimia yang dapat dikenakan untuk semua jenis aplikasi, seperti titik perawatan dan pengujian sendiri. Saya fokus pada perangkat portabel yang lebih kecil untuk diagnostik klinis, keamanan, kesehatan, dll.
Bagaimana Anda terlibat dengan bidang penelitian ini?
Ketika saya mulai di tahun 80-an, nanoteknologi belum ada, dan sensor yang dapat dikenakan belum ada.
Pelatihan utama saya adalah kimia analitik. Saya lulus dari Technion di Israel dan memutuskan untuk datang ke Amerika untuk mengejar karir akademik saya. Dalam penelitian saya, saya ingin bergerak ke arah baru, menangani kebutuhan masyarakat yang muncul di bidang kedokteran, keamanan, atau perubahan iklim dan menciptakan batas dan kemampuan baru.
Apa saja kerugian yang terkait dengan metode diagnostik klasik?
Metode diagnostik klasik cenderung lebih cocok untuk pengukuran darah di tempat. Bentuk metode ini dilakukan secara berkala, seperti dua kali setahun, dan memberikan Anda satu kali pengukuran. Namun, beberapa keadaan memerlukan informasi biokimia untuk dipantau karena berfluktuasi, seperti penderita diabetes.
Pada penderita diabetes, kami memiliki apa yang kami sebut CGM, Continuous Glucose Monitor, yang memantau fluktuasi glukosa. Jenis fluktuasi ini juga harus dipantau untuk jantung, stres, kesehatan, dan nutrisi.
Mengukur darah bulanan atau triwulanan adalah metode yang tidak cukup, karena Anda tidak dapat memperoleh gambaran keseluruhan dan mengidentifikasi tren apa pun. Ini tidak hanya berlaku dalam kedokteran, tetapi juga dalam kebugaran; Anda ingin terus memantau hidrasi atau laktat Anda – semuanya berfluktuasi.
Ada banyak variasi temporal pada penyakit ginjal dan jantung. Dengan demikian, mengambil satu pengukuran saja tidak akan memberikan informasi yang berguna.
Kredit Gambar: Karyawan Cinta/Shutterstock.com
Mengapa sensor elektrokimia sangat menarik untuk aplikasi ini?
Jika Anda melihat pasar glukosa, didominasi oleh perangkat elektrokimia. Kelebihan dari sensor elektrokimia adalah perangkat kecil, ringkas, dan portabel yang mudah diproduksi secara massal dengan kebutuhan daya rendah, menjadikannya teknologi yang sangat menarik.
Misalnya, tes darah stik jari, perangkat swa-uji seluler atau perangkat yang dapat dikenakan, bergantung pada elektrokimia karena sifat unik ini.
Bisakah Anda memberikan beberapa contoh molekul target yang mungkin dapat dideteksi oleh sensor ini?
Kami membuat sensor alkohol atau opioid yang dapat dipakai untuk membantu mencegah mengemudi dalam keadaan mabuk atau penyalahgunaan narkoba. Sebuah sensor yang dapat memantau kadar kortisol juga akan sangat bermanfaat untuk menentukan tingkat stres. Target berguna lainnya adalah vitamin untuk membantu memantau nutrisi pribadi.
Kami juga berharap dapat mengembangkan sensor untuk membantu mengidentifikasi elemen jejak dan mineral dalam suplemen makanan. Agen saraf untuk memantau lingkungan tubuh – seperti elektrolit, metabolit, dan hormon – adalah target lain yang layak.
Apakah ada tantangan yang perlu diatasi sebelum menggunakan sensor ini?
Keunggulan dari sensor ini adalah tidak invasif, karena Anda tidak perlu mengambil sampel darah secara fisik. Namun, semuanya perlu divalidasi dengan membandingkan dengan darah yang merupakan standar emas, jadi kita juga harus memvalidasi tanpa kondisi yang terkontrol. Tantangan lain termasuk perubahan suhu sekitar, misalnya saat berlarian di musim panas dibandingkan saat musim dingin. Bioreseptor umum, seperti enzim tidak begitu stabil dalam kondisi ekstrim yang tidak terkendali.
Ada juga masalah bio-fouling. Dalam hal mobilitas, langkah, kalori, atau arteri EKG Anda mudah diukur karena ini adalah karakteristik fisik. Namun, dalam hal penginderaan kimiawi, Anda memerlukan bioreseptor, dan Anda perlu melumpuhkannya agar stabil. Inilah sebabnya kami tidak memiliki banyak dari ini kecuali glukosa.
Selamat telah menerima Penghargaan Ralph N. Adams tahun ini di bidang kimia analitik. Apa artinya menjadi penerima penghargaan ini?
Merupakan kehormatan besar untuk diberikan penghargaan ini, terutama karena saya mengenal Ralph Adam secara pribadi. Ralph Adam meninggal pada tahun 2002; dia adalah seorang ilmuwan yang luar biasa dan, yang lebih penting, orang yang luar biasa. Dia memiliki visi dan membagikan ide saya untuk membuat reseptor sederhana namun kreatif.
Dia adalah orang pertama yang meletakkan elektroda di otak hewan kecil dan mendapatkan wawasan tentang zat kimia saraf otak. Ini kembali di tahun 70-an. Saat ini, saya sekarang sedang memasang elektroda di kulit. Kemajuan dalam bidang ini mencengangkan, tetapi hal itu tidak akan mungkin terjadi tanpa ilmuwan hebat seperti Ralph.
Apa yang sedang Anda kerjakan saat ini yang membuat Anda sangat bersemangat?
Tim saya terdiri dari 40 orang di UC San Diego, dan ada juga dua subgrup. Satu kelompok berfokus pada sensor yang dapat dikenakan, dan kelompok lainnya berfokus pada mesin mikrorobot nano. Yang terakhir adalah alat yang berenang di sekitar tubuh untuk mengantarkan obat.
Teknologi yang dapat dikenakan relatif baru di bidang penginderaan kimiawi, dan kami, sebagai tim, memelopori “laboratorium pada kulit”. Sangat menyenangkan bisa melakukan kimia pada kulit, mulut, lensa kontak, dan di bawah kulit dengan apa yang kita sebut microneedle. Biofluid apa pun, seperti keringat, air liur, air mata, dan cairan interstitial (IF), diterapkan menggunakan platform microneedle. Beberapa contohnya adalah tato di kulit, pelindung mulut di mulut, dan lensa kontak di mata.
Mengapa begitu penting bagi peneliti dan individu untuk bertemu langsung di acara seperti Pittcon?
Akibat pandemi COVID-19, kami melewatkan dua tahun terakhir acara tatap muka. Tahun lalu, saya dianugerahi medali Talanta yang bergengsi, tetapi ini adalah acara virtual, jadi saya melewatkan interaksi langsung yang dapat Anda lakukan dengan peneliti, kolega, dan siswa muda yang hadir.
Namun, di Pittcon 2023, saya cukup beruntung terpilih untuk mempresentasikan sesi secara langsung. Sungguh luar biasa sekali lagi memiliki kesempatan untuk bertemu dengan kolega secara langsung setelah beberapa bulan yang panjang menggunakan Zoom.
Apa yang Anda nantikan untuk Pittcon San Diego tahun depan?
Selain lingkungannya yang menakjubkan, San Diego adalah pemimpin dalam dunia biotek dan rumah bagi banyak perusahaan besar seperti Illumina, Dexcom, dan Qualcomm. Dengan demikian, acara ini pasti akan penuh dengan peluang yang tak terhitung jumlahnya.
Tentang Prof.Joseph Wang
Joseph Wang adalah Distinguished Professor, SAIC Endowed Chair, dan mantan Ketua Departemen Nanoengineering di University of California, San Diego (UCSD). Dia juga Direktur UCSD Center of Wearable Sensors dan Co-Director dari UCSD Center of Mobile Health Systems and Applications (CMSA). Ia menjabat sebagai direktur Center for Bioelectronics and Biosensors of Arizona State University (ASU) sebelum bergabung dengan UCSD. Minat ilmiahnya terkonsentrasi di bidang bioelektronika, perangkat yang dapat dipakai, biosensor, bionanoteknologi, mesin nano dan robot mikro, bahan fleksibel, dan kimia elektroanalitik. Prof. Wang telah menerbitkan lebih dari 1200 makalah, 11 buku dan dia memegang 30 paten (H Index=194, >150.000 kutipan).
Wang adalah anggota Akademi Penemu Nasional AS dan anggota Kehormatan Akademi Sains Nasional Turki. Ia menerima 2 American Chemical Society National Awards pada tahun 1999 (Instrumentasi) dan 2006 (Elektrokimia), ECS Sensor Achievement Award (2018), IUPAC Analytical Chemistry Medal (2021), IEEE Sensors Achievement Award (2021), Penghargaan Pittcon Ralph Adams untuk Kimia Bioanalitik (2023), Spires Memorial Award (2013), Medali Breyer dan Heyrovsky masing-masing dari Australia dan Republik Ceko, Medali Talanta (Elsevier), Medali Spires RSC (Inggris), dan 8 Profesor Kehormatan dari Spanyol, Argentina, Ceko Republik, Rumania, Cina dan Slovenia. Prof. Wang telah menjadi salah satu dari daftar “Peneliti yang Sangat Dikutip” oleh Thompson Reuters (2015-2022), menjabat sebagai Editor Pendiri Elektroanalisis (Wiley), dan merupakan Rekan RSC, ECS, dan AIMBE.
Dia adalah Profesor Kehormatan, SAIC Endowed Chair, dan mantan Ketua Departemen Nanoengineering di University of California, San Diego (UCSD). Dia juga Direktur UCSD Center of Wearable Sensors dan Co-Director dari UCSD Center of Mobile Health Systems and Applications (CMSA). Ia menjabat sebagai direktur Center for Bioelectronics and Biosensors of Arizona State University (ASU) sebelum bergabung dengan UCSD. Minat ilmiahnya terkonsentrasi di bidang bioelektronika, perangkat yang dapat dipakai, biosensor, bionanoteknologi, mesin nano dan robot mikro, bahan fleksibel, dan kimia elektroanalitik. Prof. Wang telah menerbitkan lebih dari 1200 makalah, 11 buku dan dia memegang 30 paten (H Index=194, >150.000 kutipan). Wang adalah anggota Akademi Penemu Nasional AS dan anggota Kehormatan Akademi Sains Nasional Turki.
Ia menerima 2 American Chemical Society National Awards pada tahun 1999 (Instrumentasi) dan 2006 (Elektrokimia), ECS Sensor Achievement Award (2018), IUPAC Analytical Chemistry Medal (2021), IEEE Sensors Achievement Award (2021), Penghargaan Pittcon Ralph Adams untuk Kimia Bioanalitik (2023), Spires Memorial Award (2013), Medali Breyer dan Heyrovsky masing-masing dari Australia dan Republik Ceko, Medali Talanta (Elsevier), Medali Spires RSC (Inggris), dan 8 Profesor Kehormatan dari Spanyol, Argentina, Ceko Republik, Rumania, Cina dan Slovenia. Prof. Wang telah menjadi salah satu dari daftar “Peneliti yang Sangat Dikutip” oleh Thompson Reuters (2015-2022), menjabat sebagai Editor Pendiri Elektroanalisis (Wiley), dan merupakan Rekan RSC, ECS, dan AIMBE.
Tentang Pitcon
Pittcon adalah konferensi dan eksposisi utama tahunan terbesar di dunia tentang ilmu laboratorium. Pittcon menarik lebih dari 16.000 peserta dari industri, akademisi, dan pemerintah dari lebih dari 90 negara di seluruh dunia.
Misi mereka adalah untuk mensponsori dan mempertahankan kegiatan pendidikan dan amal untuk kemajuan dan manfaat usaha ilmiah.
Audiens target Pittcon bukan hanya “ahli kimia analitik”, tetapi semua ilmuwan laboratorium — siapa pun yang mengidentifikasi, menghitung, menganalisis, atau menguji sifat kimiawi atau biologis dari senyawa atau molekul, atau yang mengelola ilmuwan laboratorium ini.
Setelah berkembang melampaui akarnya dalam kimia analitik dan spektroskopi, Pittcon telah berkembang menjadi sebuah peristiwa yang sekarang juga melayani konstituen beragam yang mencakup ilmu kehidupan, penemuan farmasi dan QA, keamanan pangan, lingkungan, bioterorisme, dan pasar berkembang lainnya.