211service.com
Lab-on-a-Chip, pagamintas iš popieriaus
Pasinaudodami natūraliu skysčio judėjimu per popierių, Harvardo mokslininkai Whitesides tyrimų grupė galbūt rado būdą, kaip mikrofluidikos technologiją padaryti daug pigiau. Rezultatas gali būti vienkartiniai diagnostiniai testai, paprasti ir pakankamai gausūs, kad juos būtų galima naudoti besivystančiame pasaulyje.
Spalvų kodavimas: Šis naujo popierinio diagnostinio testo iš Harvardo universiteto prototipas analizuoja gliukozės (kairėje duobutėje) ir baltymų (dešinėje duobutėje) kiekį šlapime; viršutinė duobutė yra gliukozės tyrimo kontrolė. Smėlio spalvos bandomojo popieriaus dalis buvo apdorota hidrofobiniu polimeru, kuris nukreipia skystį į šulinius. Šio bandymo metu popierius buvo panardintas į dirbtinį šlapimo tirpalą, kuriame buvo gliukozės ir baltymo, išskirto iš karvės kraujo.
Mikrofluidikos sritis yra susijusi su tiksliu manipuliavimu nedideliais skysčio kiekiais. Viena iš perspektyviausių programų yra vadinamoji „lab-on-a-chip“, kuri gali dirbti su daug mažesniais skysčių mėginiais, nei reikia didesniems įrenginiams, todėl gali būti naudojami nešiojamesni diagnostikos įrankiai. Tačiau esami mikroskysčių lustai paprastai gaminami iš palyginti brangių medžiagų, tokių kaip silicis, stiklas ar plastikas, ir turi nedidelius siurblius ir vožtuvus, kuriuos gali būti sunku pagaminti.
Dabar Harvardo darbuotojas George'as Whitesidesas ir jo komanda sukūrė mikrofluidinį prietaisą ant rožinio nago dydžio popieriaus kvadrato. Tai pirmas pavyzdys, kurį girdėjau apie popierinius mikroskysčius, sako Albertas Folchas , Vašingtono universiteto bioinžinierius, dirbantis mikrogamybos srityje. Tai tikrai protinga, nes kaip substratas naudojamas popierius, kuris yra visuotinai prieinamas.
Nors didesni popieriaus bandymai (pvz., skirti nėštumui) yra įprasti, sutraukiant popierių ir sumažinus reikiamų cheminių reagentų kiekį, sumažėja gamybos sąnaudos. Gebėjimas nukreipti mėginį į tam tikrus popieriaus regionus leidžia vienu metu atlikti kelis tyrimus, ieškoti kelių būklės simptomų, tokių kaip inkstų nepakankamumas ar infekcinė liga, sako Whitesidesas. Mėginio dydžio mažinimas yra ypatingas pranašumas besivystančiose šalyse, kur neinvaziniu būdu renkant nedidelį kiekį skysčių nereikia švirkštų, kuriuos gali būti sunku išvalyti ir išmesti.
Kraujo smeigtukas arba šlapimo lašas, susigėręs Whitesides prietaiso krašte, natūraliai juda per popierių, panašiai kaip vynas pasklis per popierinę servetėlę. Tačiau popierius yra apdorojamas hidrofobiniu polimeru, kuris nukreipia skystį nustatytais kanalais. Kai skystis pasiekia šulinėlius kanalų galuose, jis sąveikauja su reagentais, paversdamas popierių skirtingomis spalvomis. Spalvas galima suderinti su spalvų klavišu esančiomis spalvomis, panašiai kaip ir atliekant pH testą. Pavyzdžiui, vieno bandymo dizaino, kuris atrodo kaip miniatiūrinis trijų šakų geometrinis medis, dviejų šakų gale gali būti duobutės, skirtos gliukozės kiekiui nustatyti, o trečiosios – baltymų tyrimui.
Dizainas neapima brangių komponentų, įprastų įprastuose mikroskysčių įrenginiuose: cheminės reakcijos, kurios nuspalvina popieriaus dalis, pakeičia sudėtingus jutiklius ir analizatorius, o naudojant natūralų popieriaus kapiliarinį poveikį skysčiams sugerti, nereikia išorinių siurblių ar maitinimo šaltinių. „Diagnostic for All“ – „Whitesides“ ir Harvardo vizituojančio mokslininko Hayat Sindi kartu su partneriais iš MIT įkurtas spindulys komercializuoja technologiją.
Užuot ėsdinę kanalus į medžiagą, kaip daro dauguma mikrofluidikos dizainerių, Whitesides ir Sindi galėjo pasinaudoti kanalų tinklu, būdingu popieriui; hidrofobinis polimeras tiesiog užsandarina kanalus, kurių tyrėjai nenori naudoti. Šios sistemos išmanumas yra tai, kad jie iš tikrųjų nupiešė visą substrato tūrį, aiškina Folchas. Pats popierius sudaro kapiliarų tinklą.
Vienas trūkumas, kurį pastebi Folchas, yra tas, kad dėl riboto popierinio bandymo siurbimo veikimo jie greičiausiai negalės atlikti sudėtingesnių cheminių reakcijų.
Be to, kad įrenginiai buvo pigesni, dizaineriai nepamiršo ir kitų savybių, dėl kurių besivystančiame pasaulyje jie taptų praktiškesni. Dėl lengvo testo svorio ir atsparumo lūžimui jis yra lengviau nešiojamas nei bandymai, sukurti ant lengvai dūžtančių stiklo paviršių. „Whitesides“ teigia, kad popierinę lustą taip pat lengva išmesti deginant. Jis sako, kad tai, ką mes kuriame čia, bus naudinga tikrinant visuomenės sveikatą besivystančiame pasaulyje. Užuot vartojusi pirmuosius vaistus ir bandydama jį sumažinti, komanda pradėjo kurti technologiją atsižvelgdama į besivystančias šalis, sutelkdama dėmesį į naudojimo paprastumą, įperkamumą ir perkeliamumą, sako Whitesides.
Siekdama optimizuoti įrenginį besivystančioms šalims, komanda planuoja sujungti popierinius testus su mobiliųjų telefonų sistema, skirta diagnostikai ne vietoje, taip sumažindama ekspertizės lygį, reikalingą testams naudoti. Tai visų pirma būdas išsaugoti brangų laiką ir ribotus sveikatos priežiūros žmonių išteklius, sako Whitesidesas. Grupė numato, kad kaimo vietovėse, kur gydytojų skaičius yra ribotas, žmonės, kurie yra išmokyti atlikti tik tyrimus, juos atliktų ir siunčiami atgal į centrinę įstaigą, kur gydytojas peržiūri tą informaciją ir [rekomenduoja] diagnozuoti bei gydyti. iš tikrųjų būti ten, sako Whitesidesas.
Šiuo metu Whiteside'as ir jo kolegos išbandė popierinę diagnostikos priemonę naudodami dirbtinį šlapimą. Praėjusį mėnesį paskelbtame dokumente jie išanalizavo darbo rezultatus nuotoliniu būdu, per telefono kameras, ir nustatė, kad rezultatų tikslumas buvo panašus į analizę vietoje, sako Whitesidesas.
Kitas žingsnis yra klinikinis tyrimas ir diegimas kažkur Afrikoje, sako Sindi. Ji teigia, kad šiuo metu komanda bando įrenginį atšiauriomis sąlygomis, tokiomis kaip aukštas slėgis, temperatūra ir drėgmė. Kol kas neatrodo, kad testas būtų neigiamai paveiktas, sako Whitesidesas. Galiausiai komanda tikisi peržengti žmonių diagnostikos ribas, kurdama vandens, gyvulių ir kitų maisto šaltinių tyrimo prietaisus.
Diagnostinių tyrimų, kuriuos norite atlikti, ir problemų, kurias norite išspręsti, rūšys realiame pasaulyje yra labai įvairios, sako Mehmetas Fatihas Yanikas , MIT Elektronikos tyrimų laboratorijos docentas. Puikus popierius yra tai, kad tai labai lanksti platforma įvairiems tyrimams atlikti. Jis priduria, kad gaminti mikrofluidinius prietaisus, tokius kaip „Whitesides“ grupė, yra daug pigiau nei masinių diagnostikos mašinų gamyba. Dviejų nebrangių sistemų – popierinių skysčių ir mobiliųjų telefonų, kurie yra gana paplitę besivystančiame pasaulyje – derinys yra nauja idėja, sako Yanik.
Tai tikrai atneša įrankį, kuris turės didelę įtaką mikrofluidikos diegimui – technologijai, kuriai paprastai reikia daug aparatinės įrangos ir patirties, sako Folchas. Jie sumažino barjerą ir, taip sakant, gali atnešti mikrofluidikus masėms.