Новый микрожидкостный чип для экспресс-диагностики заболеваний

Специалисты компании IBM (Цюрих, Швейцария) и Базельского университета (Швейцария) Люк Жервэ (Luc Gervais) и Эммануэль Деламарш (Emmanuel Delamarche) разработали одноступенчатый диагностический тест для проведения анализов непосредственно у постели больного. По сравнению с традиционными лабораторными тестами, новый тест, сделанный на основе инновационного кремниевого чипа, требует меньший объем образца и меньше времени на его обработку. Кроме того, он портативен, легок в использовании и позволяет диагностировать большое количество заболеваний, в том числе заболевания сердечно-сосудистой системы, являющиеся одной из лидирующих причин смертности во всем мире. Скорость получения результатов и их точность настолько высока, что анализ небольшого образца крови или сыворотки пациента, проведенный сразу после сердечного приступа, позволит врачам незамедлительно диагностировать инфаркт и принять меры, необходимые для спасения жизни больного.

Согласно статье «Toward one-step point-of-care immunodiagnostics using capillary-driven microfluidics and PDMS substrates», опубликованной в декабрьском номере журнала Lab on a Chip, принцип действия, позволяющий новому тесту анализировать маленькие образцы сыворотки или крови на наличие белковых маркеров различных заболеваний, основан на использовании капиллярных сил. Эти силы обеспечивают стремление жидкости к повышению уровня в тонких капиллярах, либо, другими словами, ее «засасывание» в тонкие вытянутые полости. Наглядным примером действия капиллярных сил является постепенное намокание полотенца, один край которого опущен в емкость с водой.

Основной частью нового устройства является микрожидкостной чип размером 1×5 сантиметров, изготавливаемый из кремниевого состава, сходного с материалом, используемым для производства компьютерных микросхем. Он пронизан микроканалами, скорость прохождения жидкости по которым может варьировать от 15 секунд до нескольких минут, в зависимости от сложности выявления маркеров.

Функционирование чипа, ставшего результатом без малого трехлетней исследовательской работы, происходит в четыре этапа:

• Образец объемом 1 микролитр с помощью пипетки помещается на чип, где на него начинают действовать капиллярные силы.
• Капиллярные силы проталкивают жидкость через сложные ячеистые структуры, что предотвращает формирование конгломератов и пузырьков.
• Образец проходит через зону, на которую нанесено микроскопическое количество (70 пиколитров) меченых флуоресцентными красителями антител, связывающих содержащиеся в образце маркеры. Такое малое количество антител обеспечивает их мгновенное растворение в образце и чрезвычайно эффективное связывание с содержащимся в нем маркером.
• Наиболее важный четвертый этап происходит в так называемом «реакционном отсеке», шириной 30 и глубиной 20 микрон. На этой стадии соединенные с мечеными антителами маркеры связываются с поверхностью отсека. Воздействие направленного луча красного света позволяет регистрировать меченые маркеры с помощью чрезвычайно чувствительного портативного сенсора. На основании яркости зарегистрированного свечения врачи могут делать выводы о концентрации анализируемого маркера в образце и принимать соответствующие состоянию пациента терапевтические меры.

Еще одной важной инновацией является обеспечивающий работу устройства капиллярный насос, имеющий глубину 180 мкм и содержащий сложный комплекс микроструктур, задачей которых является прокачивание жидкости через устройство в течение заданного времени с равномерной скоростью потока. Этот насос обеспечивает точность, портативность и легкость использования нового диагностического теста. Специалисты IBM разработали библиотеку капиллярных насосов, что позволяет проводить тесты, требующие различные объемы образцов, либо разное время тестирования, не изменяя конструкцию всего устройства.

Следуя принятой IBM стратегии свободного сотрудничества (Open Collaboration), разработчики провели тестирование своей разработки совместно с академическими и клиническими партнерами.

По словам Тьерри Леклипто (Thierry Leclipteux), главного исполнительного директора и руководителя научного отдела бельгийской компании Coris BioConcept, новый микрожидкостной чип является следующим этапом эволюции устройств, предназначенных для диагностики у постели больного. Совместно с IBM Coris BioConcept планирует продолжить работу над усовершенствованием теста, который, кроме медицинских целей, можно использовать для выявления химических и биологических отравляющих веществ.

Можно добавить, что ученым из университета Калифорнии (UCLA) ранее удалось создать другой микрожидкостный чип, который одновременно выполняет более тысячи реакций. Разработка будет очень востребована в сфере поиска новых лекарственных веществ.

Портал «Вечная молодость» http://vechnayamolodost.ru