Znajdź zawartość

Obecnie wykrywanie związków chemicznych jest łatwiejsze niż kiedykolwiek wcześniej, lecz prowadzenie analiz w pojedynczej kropli nadal pozostaje wyzwaniem. Naukowcy próbują miniaturyzować urządzenia do wykrywania substancji chemicznych w o wiele mniejszej objętości niż robione jest to w laboratoriach diagnostycznych. Gdyby ktoś powiedział kilka dekad temu, że jedna kropla roztworu wystarczy, aby odkryć, jakie substancje kryją się w jej wnętrzu, z pewnością nikt by w to nie uwierzył. Na szczęście to już nie fikcja, a codzienność. Wychodząc naprzeciw rosnącemu zapotrzebowaniu na prowadzenie w czasie rzeczywistym analiz w zaledwie kilku mikrolitrach roztworu, naukowcy z Instytutu Chemii Fizycznej PAN pod kierunkiem Martina Jӧnssona-Niedziółki we współpracy z badaczami z Politechniki Warszawskiej udowodnili, że detekcja w tak małej skali jest możliwa. Nowa koncepcja badaczy łączy kilka rozwiązań opierających się na zminiaturyzowanych elektrodach, unikalnej geometrii płytki do gromadzenia roztworu oraz światłowodu. Naukowcy zaprezentowali połączenie różnych technik badawczych, tworząc narzędzie o wiele czulsze niż klasyczne metody. Taka kombinacja elektrochemii z technikami optycznymi oraz mikroskopijnym zbiornikiem na kroplę opłacała się, pozwalając na o wiele więcej niż pierwotnie zakładano. To niesamowite, że dzięki „zaledwie” i jednocześnie „aż” sygnałom elektrochemicznym i optycznym wyjątkowo czuła analiza chemiczna mikroskopijnych kropel jest możliwa. Przeprowadziliśmy serię eksperymentów elektrochemicznych równolegle z pomiarami optycznymi dla różnych pozycji mikroelektrod. Dzięki temu mogliśmy wyraźnie zobaczyć zmianę sygnału optycznego w miarę postępu reakcji elektrochemicznej – wspomina dr Martin Jӧnsson-Niedziółka Naukowcy wykazali, że kontrolując wielkość wgłębień na płytce typu „lab-on-a-chip” oraz indukując sygnał w światłowodzie za pomocą ablacji laserem femtosekundowym, mogą elektrochemicznie badać roztwór w setnych częściach mililitra roztworu. Co ciekawe, tajemnica dużej czułości układu kryje się w zastosowanym światłowodzie, który choć jest ma długą historię i jest powszechnie używany w telekomunikacji, umożliwia detekcję nawet minimalnych zmian w procesach chemicznych. A to za sprawą pomiaru parametru zwanego współczynnikiem załamania światła. W ten sposób zaprojektowany system może precyzyjnie mierzyć ugięcie światła w każdej z badanych kropel. Gdy w próbce zachodzi reakcja chemiczna np. proces redukcji-utlenienia, wartości tego parametru zmieniają się, umożliwiając wykrycie nawet niewielkich różnic w składzie chemicznym w cieczy. Dr Martin Jӧnsson-Niedziółka twierdzi, że połączenie niezwykłej czułości światłowodów z ich elastycznością i narzędziami elektrochemicznymi daje nowe możliwości w detekcji związków chemicznych, szczególnie w analizie złożonych układów np. próbek biologicznych. Naukowcy porównali uzyskane wyniki z klasycznymi technikami tj. spektroskopia w bliskiej podczerwieni, celem porównania czułości detekcji na przykładzie reakcji redoks przy użyciu związku na bazie ferrocenu. Co ciekawe, stosując tę metodę, nie zarejestrowali różnicy między sygnałami postaci utlenionej i zredukowanej stosowanego wskaźnika redoks, pokazując, że klasyczne rozwiązania w tak małej skali zawodzą. Tym samym badacze potwierdzili, że mierzenie zmian podczas przebiegu reakcji elektrochemicznych wraz z monitorowaniem właściwości optycznych roztworu umożliwia detekcję związków nawet w objętościach rzędu zaledwie kilku mikrolitrów. Dodatkowo przeprowadzone analizy numeryczne potwierdziły, że detekcja ta jest możliwa nawet w jeszcze mniejszej objętości rzędu pikolitrów. Jest to niezwykle ważne w projektowaniu nowoczesnych urządzeń do przenośnego, wydajnego i czułego wykrywania substancji z roztworu. Wciąż jest jeszcze wiele do zrobienia, lecz niezmiernie cieszy nas fakt, że zaproponowany przez nas układ w ogóle działa. Już teraz ulepszamy aparaturę, aby system był łatwiejszy w obsłudze i bardziej uniwersalny w użyciu – mówi Jӧnsson-Niedziółka. Przedstawione dane są obiecujące i mają ogromny potencjał pod kątem prowadzenia w przyszłości badań przesiewowych próbek biologicznych, takich jak metabolity, lub zastosowania w innych dziedzinach, np. do analizy próbek środowiskowych, a nawet materiałów niebezpiecznych. Być może zaproponowane przez naukowców rozwiązanie już niebawem pozwoli na przenośne wykrywanie wielu reakcji chemicznych o wiele szybciej i sprawniej niż przy użyciu klasycznej aparatury laboratoryjnej. Złożoność układu i czułość pomiarów wciąż wymagają prac celem optymalizacji licznych parametrów, lecz już teraz można stwierdzić, że jest to przełom w detekcji w mikroskali i z pewnością przyczyni się do polepszenia skuteczności przyszłego leczenia klinicznego. « powrót do artykułu

Naukowcy pracujący pod kierunkiem doktora Daniela De Carvalho z Princess Margaret Cancer Centre połączyli płynną biopsję, zmiany epigenetyczne oraz uczenie maszynowe i opracowali na tej podstawie test z krwi, który pozwala na wykrycie i sklasyfikowanie nowotworów na ich wczesnym etapie rozwoju. Jesteśmy bardzo podekscytowani. Jednym z głównych problemów w leczeniu nowotworów jest ich wczesna diagnostyka. Na wczesnych etapach choroby to jak poszukiwanie igły w stogu siana, gdyż ilość nieprawidłowego DNA we krwi jest minimalna, mówi De Carvalho. Prowadzony przez niego zespół naukowy skupił się nie na mutacjach DNA, a na zmianach epigenetycznych, dzięki czemu był w stanie zidentyfikować tysiące takich zmian unikatowych dla każdego nowotworu. Później, korzystając z metod analizy dużych zestawów danych i maszynowego uczenia się stworzyli zestaw cech charakterystycznych pozwalających na zidentyfikowanie nieprawidłowego DNA i określenie, z jakiego typu nowotworu pochodzi. W ten sposób problem „igły w stogu siana” został zamieniony w problem „tysięcy igieł w stogu siana”. Nowe podejście pozwala na znacznie łatwiejsze zidentyfikowanie choroby. Technikę przetestowano początkowo na próbkach od 300 pacjentów, u których nowotwory występowały w sumie w 7 różnych miejscach (płuca, trzustka, piersi, szpik, pęcherz moczowy, nerki oraz okrężnica) i porównano je z próbkami od zdrowych osób. Okazało się, że w każdym przypadku udało się prawidłowo zidentyfikować nowotwór. Od czasu pierwszego testu badania powtórzono i już w sumie sprawdzono działanie nowej techniki na ponad 700 próbkach. Następnym krokiem jest przeprowadzenie eksperymentów na większą skalę. Zespół De Carvalho chce teraz sprawdzić swoją technikę na tysiącach próbek pozyskanych od osób, których krew została pobrana na miesiące a nawet lata przed zdiagnozowaniem u nich nowotworu. « powrót do artykułu

Test, który powstał dzięki badaniom przeprowadzonym na Uniwersytecie Wschodniej Anglii, pozwala na jednoczesne wykrycie 4 klas narkotyków w pocie z opuszek palców. Technologia sprawdza się zarówno w przypadku żywych, jak zmarłych. Intelligent Fingerprinting Drug Screening System, bo o nim mowa, pozwala w zaledwie 10 minut w prosty, higieniczny i nieinwazyjny sposób wykryć amfetaminę, tetrahydrokannabinol (THC), kokainę i opiaty. Pobranie próbki zajmuje ok. 5 sekund. Test potwierdził swoją użyteczność w kostnicach (pracowali z nim koronerzy), a także w ośrodkach odwykowych. Trwają prace nad jego wykorzystaniem na lotniskach czy w więzieniach. Prof. David Russell podkreśla, że w biurach koronera test pozwala na szybkie ustalenie możliwej przyczyny zgonu, ułatwiając dalszą pracę zarówno patologowi, jak i policji. Porównywaliśmy wyniki uzyskane za pomocą naszego testu potu z opuszek palców z wynikami badania próbek w warunkach laboratoryjnych. Ich trafność była bardzo zbliżona. Zestawialiśmy też nasze rezultaty z toksykologiczną analizą krwi i moczu. Korelacja również była dobra. « powrót do artykułu

Na Uniwersytecie Kalifornijskim w Davis powstały sztuczne komórki, które potrafią niszczyć bakterie. Naukowcy porównują ich stworzenie do budowania z klocków lego. Jak wyjaśnia prof. Cheemeng Tan, są one zbudowane z liposomów oraz oczyszczonych komponentów komórek, w tym białek, DNA czy metabolitów. Wykazaliśmy, że te sztuczne komórki mogą wyczuwać, reagować i wchodzić w interakcje z bakteriami, a także funkcjonować jako systemy, które wykrywają i zabijają bakterie, w niewielkim stopniu zależąc od środowiska. Sztuczne komórki Amerykanów mają podstawowe cechy żywych komórek, ale żyją krótko nie mogą sie dzielić. Zaprojektowano je w taki sposób, by reagowały na unikatową sygnaturę chemiczną pałeczek okrężnicy (Escherichia coli). Podczas eksperymentów laboratoryjnych wykazano, że są w stanie wykryć, zaatakować i zniszczyć bakterie. Przedtem sztuczne komórki sprawdzały się wyłącznie w środowiskach bogatych w składniki odżywcze. Optymalizując ich błony, a także cytozol i obwody genetyczne, zespół Tana sprawił jednak, że funkcjonują one w szeregu środowisk, także z bardzo ograniczonymi zasobami, i dobrze sobie radzą w odbiegających od ideału i zmieniających się warunkach. Z oczywistych względów, znacznie rozszerza to wachlarz ich potencjalnych zastosowań. W przyszłości sztuczne komórki można by wprowadzać do organizmu chorych, by zwalczały zakażenia oporne na inne terapie. Autorzy publikacji z pisma ACS Applied Materials & Interfaces wspominają też o dostarczaniu leków do konkretnych lokalizacji i w wybranym czasie. « powrót do artykułu

Wykrywająca gazy kapsułka do połykania może pomóc w o wiele trafniejszym diagnozowaniu licznych chorób przewodu pokarmowego. Kapsułka, która jest właśnie komercjalizowana przez firmę Atmo Biosciences, powstała na RMIT University w Melbourne. Jak wyjaśniają Australijczycy, zapewnia ona wykrywanie i mierzenie w czasie rzeczywistym stężenia wodoru, dwutlenku węgla i tlenu. Dane mogą być przesyłane na telefon komórkowy. Wyniki pierwszego testu na ludziach pokazały, że gdy jakaś obca substancja pozostaje tu dłużej niż zwykle, żołądek uwalnia związki utleniające, które mają ją rozłożyć. Dotąd nikt nie opisał tego mechanizmu immunologicznego. Dr Kyle Berean podkreśla, że 2. test z udziałem ludzi ujawnił z kolei informacje na temat produkcji gazów, które przy niebezpośrednim pomiarze z wydychanego powietrza były maskowane. Odsetek fałszywie dodatnich i fałszywie ujemnych diagnoz przy testach oddechowych stanowi w gastroenterologii prawdziwy problem. Możność dokonywania pomiaru biomarkerów w stężeniach ponad 3000-krotnie wyższych niż przy testach oddechowych jest [więc] czymś nadzwyczajnym. Co ważne, badanie z kapsułką jest nieinwazyjne i pozwala pacjentom normalnie funkcjonować. Akademicy wyjaśniają, że gazy jelitowe są obecnie wykorzystywane do diagnozowania m.in. zespołu rozrostu bakteryjnego jelita cienkiego (ang. small intestinal bacterial overgrowth, SIBO) czy upośledzenia wchłaniania węglowodanów. W ramach badania z udziałem 9 zdrowych osób porównywano pomiar produkcji wodoru w obrębie jelita przez wykrywającą gazy kapsułkę i test oddechowy. Australijczycy analizowali jakość metod przy spożyciu FODMAP (od ang. fermentable oligosaccharides, disaccharides, monosaccharides and polyols; fermentujących oligosacharydów, disacharydów, monosacharydów i alkoholi wielowodorotlenowych) oraz węglowodanów przyswajalnych. « powrót do artykułu

Międzynarodowy zespół naukowców opracował lekkie przenośne urządzenie do wykrywania ludzi uwięzionych pod gruzami. Dzięki niewielkim gabarytom mogłoby być dołączane do wyposażenia ratowników czy dronów. Obecnie ludzi szukają psy. Wykorzystuje się także sondy akustyczne. Niestety, psów często brakuje, a sondy nie wykrywają osób nieprzytomnych. Specjaliści wiążą duże nadzieje z urządzeniami do detekcji związków wydychanych bądź uwalnianych przez skórę. Dotąd jednak nie dało się ich stosować na szerszą skalę, bo były zbyt duże i drogie i często nie wykrywały sygnałów o niskim stężeniu. Ekipa Sotirisa E. Pratsinisa z z Politechniki Federalnej w Zurychu postanowiła więc zbudować macierz czujników wielkości dłoni. Akademicy skompilowali 3 istniejące czujniki gazów: acetonu, amoniaku i izoprenu (wszystkie są wydychane albo uwalniane przez skórę). Dołączyli do nich dostępne w handlu 2 inne sensory: wilgotności i CO2. Podczas symulacji uwięzienia czujniki szybko wykrywały niewielkie ilości tych związków (nawet rzędu 3 części na miliard). Kolejnym krokiem mają być testy terenowe urządzenia. « powrót do artykułu