Znajdź zawartość

Od mniej więcej dwóch dekad naukowcy na całym świecie pracują nad urządzeniami typu lab-on-a-chip. To obiecująca technologia pozwalająca na wykorzystanie niewielkiego przenośnego urządzenia do diagnostyki i sprawdzenie stanu zdrowia za pomocą niewielkiej ilości płynów ustrojowych. Tego typu proste urządzenia już istnieją, umożliwiając proste pomiary. Przykładami nie będą tu glukometry czy testy ciążowe. Jednak inżynierowie wciąż nie potrafią poradzić sobie ze stworzeniem urządzeń do bardziej złożonych analiz, które wymagają mieszania pojedynczej próbki płynu ustrojowego z różnymi precyzyjnie odmierzonymi odczynnikami w konkretnej kolejności. Jedną z najbardziej obiecujących metod na stworzenie takiego urządzenia jest zintegrowanie wielu różnych odczynników na jednym urządzeniu. Odczynniki takie mają być nanoszone metodą podobną do druku atramentowego w niewielkich, liczonych w pikolitrach, ilościach, a całość miałaby być szczelnie zamykana. Gdy użytkownik odpieczętuje urządzenie, zawarta w odczynnikach woda natychmiast wyparuje, pozostawiając wysuszone, precyzyjnie odmierzone ilości odczynników. Pod wpływem wilgoci z płynu ustrojowego odczynniki byłyby ponownie nawadniane, a urządzenie mogłoby przeprowadzić odpowiednie pomiary. Głównym problemem z takim rozwiązaniem jest fakt, że płyn ustrojowy, przepływający przez wysuszone odczynniki, unosi je ze sobą, zakłóca sygnał i uniemożliwia przeprowadzenie precyzyjnych pomiarów. Naukowcy z Politechniki w Montrealu i laboratoriów IBM-a w Zurichu – Onur Gökçe, Yuksel Temiz i Emmanuel Delamarche – postanowili zaradzić problemowi roznoszenia odczynników poprzez rozciągnięcie kropli wody do kształtu długiej wstążki w mikrokanale o szerokości ludzkiego włosa i zmuszenie wody by zagięła się na nałożyła na siebie. W ten sposób próbka wody zamyka się podobnie jak zamek błyskawiczny. Ten proces pozwolił nam na ograniczenie do minimum lokalnego przepływu wody. W ten sposób odczynniki zostają nawodnione, ale nie są rozpraszane, mówi Emmanuel Delamarche, który stoi na czele IBM-owskiej grupy zajmującej się diagnostyką precyzyjną. Wyniki testów wypadły pomyślnie, chociaż naukowcy wciąż nie do końca rozumieją obserwowane przez siebie zjawisko. Nigdy wcześniej bowiem nie było ono badane. Kolejne eksperymenty wykazały jednak, że ma ono związek ze zjawiskiem koalescencji. Obserwujemy je np. podczas spontanicznego łączenia się kropli płynów, które wejdą ze sobą w kontakt. Z fizycznego punktu widzenia koalescencja to wynik silnego powinowactwa molekuł wody, którego celem jest zmniejszenie powierzchni wody wystawionej na działanie powietrza. Dlatego właśnie niewielkie krople wody mają kształt sfery. Sfera bowiem, ze wszystkich kształtów, ma jedną z najmniejszych powierzchni dla danej objętości. W tym przypadku badamy, co się stanie, jeśli kropla wody, rozciągnięta w mikrokanaliku, łączy się z inną częścią samej siebie. Naszym celem jest zrozumienie i kontrolowanie tego zjawiska tak, byśmy mogli wymusić na płynie pozostanie dokładnie w miejscu, w którym napotkał na odczynnik, wyjaśnia profesor Gervais, dyrektor Laboratorium Mikropłynów Onkologicznych na Polytechnique Montreal. Opracowywane przy tej okazji modele matematyczne pozwoliły na lepsze kontrolowanie przepływu cieczy oraz uzyskanie bardzo precyzyjnej konfiguracji czasowo-przestrzennej sygnałów chemicznych z odczynników przy ich minimalnej dyspersji, bez konieczności interwencji ze strony użytkownika. Dotychczas eksperymentalnie wykazano, że nowo opracowany architektura „autokoalescencji” może zostać wykorzystana do badania reakcji enzymatycznych, wykrywania różnych chorób oraz przeprowadzania reakcji łańcuchowej polimerazy w temperaturze pokojowej. W przyszłości mogą dzięki temu powstać proste w użyciu testy genetyczne sekwencjonujące DNA pod kątem występowania różnych chorób, podatności na nowotwory czy identyfikowania wirusów. Mamy nadzieję, że opracowana przez nas technika pozwoli twórcom urządzeń typu lab-on-a-chip na opracowanie niedostępnych obecnie narzędzi diagnostycznych, które będą równie proste w użyciu, co współczesne glukometry, mówi doktor Delamarche. Takie proste urządzenia mogłyby stanowić nieocenioną pomoc zarówno w badaniach stanu zdrowia całych społeczeństw, gdyż uzyskane wyniki można by przesyłać na smartfony, a stamtąd do scentralizowanej bazy danych. Byłyby również niezwykle cennym narzędziem w walce z epidemiami, szczególnie w odległych zakątkach świata, gdzie dostęp do lekarzy i laboratoriów jest utrudniony. « powrót do artykułu