振荡微观珠子可能是生物学实验室芯片的关键

如果你扔一个球在水下,你会发现越小,越快动作:一个更大的横截面大大增加水的阻力。现在,麻省理工学院的一组研究人员已经发现使用这个基本原则,在微观层面,开展生物医学测试,最终可能导致快,紧凑的和通用的医学检测设备。

结果,根据研究生工作助理教授伊丽莎白·拉波波特和杰弗里海滩,麻省理工学院材料科学与工程系(DMSE)在《华尔街日报》发表的一篇论文中描述了芯片上的实验室。麻省理工学院研究生丹尼尔·蒙大拿的11也导致了研究本科。

这里使用的球是微观磁珠,可以“装饰”等生物分子抗体,导致它们绑定到特定的蛋白质或细胞;这样的珠子是广泛应用于生物医学研究。这个新工作的关键是找到一个方法来捕捉个别珠子和设置它们振荡磁场通过应用一个变量。他们的速度振荡可以测量评估珠子的大小。

当这些珠子是放置在一个生物样品、生物分子附着在其表面,使珠子更大的变化,可以检测到珠子的振荡通过生物分子的影响。这将提供一种方法来检测多少目标生物分子存在于样品,并提供一种几乎瞬时电子读出的信息。

这项新技术,首次允许这些珠子,每个大约一微米,或者1000000米,直径,用于精确测量微小的数量的材料。例如,这可能导致疾病的代理需要测试只是一个微小的血滴,可以立即交付结果,而不需要实验室分析。

在今年早些时候发表的一篇论文在《应用物理快报》杂志上描述的相同的麻省理工学院的研究人员开发的技术用于创建磁跟踪在芯片表面,并迅速运送珠子的痕迹。(所需的技术类似于用于读写磁数据在计算机上的硬盘)。操作设备使用这种新方法将包括一个小水库以上,包含磁珠的液体和生物样品将被放置。

而非泵送流体和颗粒通过渠道,如今天的微流控设备,粒子将控制完全通过应用磁场的变化。通过控制磁场的方向紧密间隔的邻近地区,研究人员创建小区域有极强的磁场,称为磁畴壁的位置可以沿着轨道转移。“我们可以使用磁畴壁来捕获和运输的珠子,“海滩说。

在研究者的最近的纸,拉波波特解释说,他们已经表明珠一旦被俘,磁场可以用来把它来回。然后,研究人员测量珠的移动速度变化的频率振荡。“珠大小的共振频率是一个函数,”她说,可以用来揭示珠是否已经通过附件目标生物分子的大小。

除了可能更快,并要求一个小得多的生物样品产生的结果,这种装置将比现有的芯片更灵活的生物医学测试,研究人员说。虽然大多数这样的设备是专门设计用于检测一个特定种类的蛋白质或疾病代理,这个新设备可以用于各种不同的测试,只需插入新的一批液体含珠涂上适当的反应物。测试结束后,这种材料可以刷新出来,相同的芯片用于完全不同的测试插入一个不同类型的磁珠。“你刚刚使用它,把它冲洗干净,并使用它,”拉波波特说。

有许多类型的磁珠现在商用,可涂与许多不同的生物材料,反应海滩解释说,所以这种测试装置可能有巨大的灵活性。

麻省理工学院的团队还没有使用系统来检测生物分子。相反,他们用磁珠大小不同的证明系统能够检测对应的粒子之间的大小差异必定生物分子和那些不。已经成功这个概念证明,研究人员的下一步是用生物样本重复实验。

“我们现在有了所需的所有元素传感装置,“海滩说。下一步是将作品在一个操作设备并演示其性能。

r . Sooryakumar俄亥俄州立大学物理学教授他并没有参与这项研究,称之为一个“创新的方法。”

“这是非常有趣的研究人员结合技术,如何理解应用程序的计算和数据存储,并将它们应用于完全不同的东西,”Sooryakumar说。他补充说,“这些磁设备潜在有价值的工具,可能远远超出通常会期望他们如何被使用。的影响,例如在食品安全和卫生保健,如病原体或癌症检测,确实令人兴奋。”