Новый микрочип определит болезнь за минуту

Основной этап развития микрофлюидики сможет скоро привести к созданию отдельных, беспроводных чипов, которые смогут диагностировать болезни в течение нескольких минут. Устройство, разработанное международной группой исследователей из Университета Калифорнии, Городского Университета Дублина в Ирландии и Университета Валпараисо в Чили, способно обработать целые кровяные образцы без использования внешнего тюбинга и дополнительных компонентов. Исследователи назвали устройство SIMBAS (Self-powered Integrated Microfluidic Blood Analysis System).

"Мы находились на шаг от мечты о лаборатории, умещающейся в одном чипе, но большинство уже существующих систем не были по-настоящему автономными" – сказал Иван Димов, исследователь в области биоинженерии и главный соавтор анализа. "Прежние устройства требовали внешний тюбинг для эффективного функционирования, но при этом они теряли такие характеристики как небольшой размер, портативность и доступность. Наше устройство не содержит внешних соединений или необходимого тюбинга, так что вполне может стать системой типа point-of-care".

"Это очень важное развитие диагностики в системе мирового здравоохранения" – отметил один из исследователей. "Люди, работающие на полях, смогут использовать это устройство для определения таких болезней как, например, ВИЧ или туберкулез за несколько минут. Тот факт, что мы сократили сложность биочипа и использовали компоненты из пластика, делает устройство более легким для производства в большом объеме с малыми затратами. Наша цель – ответить запросам глобального здравоохранения, которое нуждается в функциональных недорогих компактных диагностических устройствах".

Для нового биочипа SIMBAS исследователи использовали преимущество законов микромасштабной физики для ускорения процессов, которые могут занять несколько часов или дней в обычной лаборатории. Они отмечают, например, что определение осадка в красном вине, которое обычно занимает от одного дня до года, может произойти в течение всего нескольких секунд в микромасштабных измерениях.

Биочип SIMBAS использует рвы, сформированные под микрофлюидными каналами шириною почти с человеческий волос. Когда целая кровь брошена в миниатюрные бухты, сравнительно тяжелые красные и белые кровяные клетки оседают во рвах, отделяясь от ясной кровяной плазмы. Кровь перемещается по чипу в процессе названном "поток, управляемый дегазацией".

В процессе потока дегазации, воздушные молекулы внутри пористого полимерного устройства удаляются при помещении устройства в запечатанный вакуумный пакет. Когда упаковка распечатана, устройство становится подвержено атмосферным условиям, и воздушные молекулы вновь поглощаются в материал устройства. Это генерирует перепад давления, которое загоняет жидкий кровяной поток в чип.

В экспериментах, исследователям удалось загнать более чем 99 % кровяных клеток во рвы и выборочно отделить плазму, используя этот метод. "Эта подготовительная работа, разделяющая кровяные компоненты для анализа осуществляется благодаря тяжести, так что образцы естественным образом поглощаются и помещаются в чип без потребности во внешней мощности" – сказал Димов.

Группа ученых продемонстрировала действие SIMBAS, поместив в миниатюрную бухту 5 микролитров образца целой крови, который содержал биотин (витамин B7) в концентрации 1 часть на 40 миллиардов. "Это может быть приблизительно сравнимо с обнаружением одной песчинки в куче песка" – объяснил Димов. Биодетекторы в чипе SIMBAS выявили наличие биотина в крови в течение 10 минут.

"Представьте себе, что у вас есть такое же дешевое и легкое в применении устройство, как тест на беременность, но которое также быстро может диагностировать ВИЧ и туберкулез" – отметил один из соавторов исследования Бенжамин Росс. "Это могло бы стать реальной игрой-преобразователем и сохранить миллионы жизней".

"Платформа SIMBAS может создать эффективную молекулярную диагностическую платформу биочипа для определения рака, сердечных заболеваний, сепсиса и других болезней в развитых странах" – утверждают исследователи.

Работа была профинансирована Научными Фондами Национальных Институтов Здоровья Ирландии и США.

Оригинал (на англ. языке): Sciencedaily Перевод: М. Гончар

• Упрямый рак печени может быть побежден столетней вакциной от туберкулеза
• Болезнь Альцгеймера когда-то могла передаваться от человека к человеку
• Эволюция человеческой иммунной системы в постомикронную эпоху
• Глобальное научное сотрудничество по картированию развития мозга в младенчестве и раннем детстве
• Токсичная дымка в столице Индии после фестиваля Дивали
• Covid-19 все еще существует
• Горькая правда о низкокалорийных заменителях сахара
• Раковые клетки человека могут поглощать убивающие бактерии вирусы для получения энергии