211service.com
Lab-on-a-Chip, kas izgatavots no papīra
Izmantojot šķidruma dabisko kustību caur papīru, Hārvardas pētnieki Whitesides pētniecības grupa iespējams, ir atraduši veidu, kā padarīt mikrofluidikas tehnoloģiju daudz lētāku. Rezultāts varētu būt vienreizējās lietošanas diagnostikas testi, kas ir pietiekami vienkārši un bagātīgi, lai tos varētu izmantot jaunattīstības valstīs.
Krāsu kodēšana: Šis Hārvardas universitātes jaunā papīra diagnostikas testa prototips analizē glikozes (kreisajā iedobē) un olbaltumvielu (labajā iedobē) saturu urīnā; augšējā iedobe ir glikozes noteikšanas kontrole. Testa papīra smilškrāsas daļa ir apstrādāta ar hidrofobu polimēru, kas novirza šķidrumu iedobēs. Šajā testā papīrs tika iemērkts mākslīgā urīna šķīdumā, kas saturēja glikozi un proteīnu, kas iegūts no govs asinīm.
Mikrofluidikas joma nodarbojas ar precīzu manipulāciju ar nelielu šķidruma daudzumu. Viens no daudzsološākajiem lietojumiem ir tā sauktā laboratorija mikroshēmā, kas var darboties ar daudz mazākiem šķidruma paraugiem, nekā nepieciešams lielākām ierīcēm, potenciāli ļaujot izmantot pārnēsājamākus diagnostikas rīkus. Taču esošās mikrofluidiskās mikroshēmas parasti ir izgatavotas no salīdzinoši dārgiem materiāliem, piemēram, silīcija, stikla vai plastmasas, un tām ir mazi sūkņi un vārsti, kurus var būt grūti izgatavot.
Tagad Hārvarda Džordžs Vaitsaids un viņa komanda ir izveidojuši mikrofluidisku ierīci uz papīra kvadrāta, kura izmērs ir sārts nagu. Tas ir pirmais piemērs, ko esmu dzirdējis par papīra mikrofluidiku, saka Alberts Folks , Vašingtonas Universitātes bioinženieris, kurš strādā pie mikrofabrikas. Tas ir patiešām gudrs, jo tajā kā substrāts tiek izmantots papīrs, kas ir vispārēji pieejams.
Lai gan lielāki papīra testi (piemēram, grūtniecības noteikšanai) ir izplatīti, papīra saraušana un nepieciešamo ķīmisko reaģentu daudzuma samazināšana samazina ražošanas izmaksas. Spēja novirzīt paraugu uz konkrētiem papīra reģioniem ļauj vienlaikus veikt vairākus testus, lai meklētu vairākus stāvokļa simptomus, piemēram, nieru mazspēju vai infekcijas slimību, saka Vaitsaids. Un parauga lieluma samazināšana ir īpaša priekšrocība jaunattīstības valstīs, kur neinvazīva neliela šķidruma daudzuma savākšana ļauj izvairīties no nepieciešamības pēc šļircēm, kuras var būt grūti notīrīt un atbrīvoties.
Asins vai urīna piliens, kas uzsūkts pie Whitesides ierīces malas, dabiski pārvietojas pa papīru, līdzīgi kā vīns izplatās caur papīra salveti. Bet papīrs tiek apstrādāts ar hidrofobu polimēru, kas virza šķidrumu pa noteiktajiem kanāliem. Kad šķidrums sasniedz iedobes kanālu galos, tas mijiedarbojas ar reaģentiem, krāsojot papīru dažādās krāsās. Krāsas var saskaņot ar krāsām, kas norādītas krāsu taustiņā, tāpat kā pH testā. Viena testa konstrukcija, kas izskatās pēc miniatūra, trīszaru ģeometriska koka, divu zaru galā var būt ar iedobēm, kas paredzētas, piemēram, glikozes noteikšanai un trešā beigās, piemēram, proteīna noteikšanai.
Dizains izvairās no dārgām sastāvdaļām, kas izplatītas parastajās mikrofluidiskajās ierīcēs: ķīmiskās reakcijas, kas krāso papīra daļas, aizstāj sarežģītus sensorus un analizatorus, savukārt papīra dabiskās kapilārās darbības izmantošana šķidrumu absorbēšanai novērš nepieciešamību pēc ārējiem sūkņiem vai strāvas avotiem. Diagnostic for All — blakuspakalpojums, ko līdzdibināja Vaitsaids un Hārvardas viespētnieks Hajats Sindi ar MIT partneru atbalstu, komercializē tehnoloģiju.
Tā vietā, lai iegravētu kanālus materiālā, kā to dara lielākā daļa mikrofluidikas dizaineru, Whitesides un Sindi varēja izmantot papīram raksturīgo kanālu tīklu; hidrofobais polimērs vienkārši noslēdz kanālus, kurus pētnieki nevēlas izmantot. Šajā sistēmā patiešām gudrs ir tas, ka tie faktiski ir noformējuši visu substrāta tilpumu, skaidro Fols. Papīrs pats veido kapilāru tīklu.
Viens no trūkumiem, ko Folch atzīmē, ir tas, ka papīra testu ierobežotās sūknēšanas darbības dēļ tie, iespējams, nespēs veikt sarežģītākas ķīmiskās reakcijas.
Papildus tam, ka ierīces padarīja lētākas, dizaineri paturēja prātā citas īpašības, kas padarītu tās praktiskākas jaunattīstības valstīs. Testa vieglais svars un izturība pret lūzumiem padara to pārnēsājamāku nekā testus, kas veidoti uz viegli saplīstošām stikla virsmām. Papīra mikroshēma ir arī viegli izlietojama, to sadedzinot, kas ir galvenais apsvērums jaunattīstības valstīs, kuras nodarbojas ar sabiedrības veselības saglabāšanu, saka Vaitsaids. Viņš saka, ka lietas, kuras mēs šeit izstrādājam, ir paredzētas, lai tās būtu noderīgas sabiedrības veselības pārbaudei jaunattīstības valstīs. Tā vietā, lai lietotu pirmās pasaules zāles un mēģinātu to samazināt, komanda sāka izstrādāt tehnoloģiju, ņemot vērā jaunattīstības valstis, koncentrējoties uz lietošanas ērtumu, pieejamību un pārnesamību, saka Vaitsaids.
Lai optimizētu ierīci jaunattīstības valstīm, komanda plāno apvienot papīra testus ar mobilo tālruņu sistēmu izbraukuma diagnostikai, līdz minimumam samazinot testu izmantošanai nepieciešamo zināšanu līmeni. Tas galvenokārt ir veids, kā ietaupīt veselības aprūpes darbinieku vērtīgo laiku un ierobežotos resursus, saka Vaitsaids. Komanda paredz, ka lauku apvidos, kur ārstu skaits ir ierobežots, cilvēki, kas ir apmācīti tikai veikt pārbaudes, tos veic un nosūta atpakaļ uz centrālo iestādi, kur ārsts izskata šo informāciju un [iesaka] diagnozi un ārstēšanu bez nepieciešamības patiesībā esi tur, saka Vaitsaids.
Šobrīd Vaitsaids un viņa kolēģi ir pārbaudījuši papīra diagnostikas rīku, izmantojot mākslīgo urīnu. Pagājušajā mēnesī publicētajā dokumentā viņi analizēja papīra rezultātus attālināti, izmantojot tālruņa kameras, un atklāja, ka rezultāti bija salīdzināmi ar analīzi uz vietas, saka Vaitsaids.
Nākamais solis ir klīniskā izpēte un izvietošana kaut kur Āfrikā, saka Sindi. Šobrīd komanda testē ierīci skarbos apstākļos, viņa saka, piemēram, augsta spiediena, temperatūras un mitruma apstākļos. Pagaidām šķiet, ka tests nav negatīvi ietekmēts, saka Vaitsaids. Komanda galu galā cer pāriet uz cilvēku diagnostiku, izstrādājot ierīces ūdens, mājlopu un citu pārtikas avotu pārbaudei.
Diagnostikas testu veidi, kurus vēlaties veikt, un problēmas, kuras vēlaties atrisināt, reālajā pasaulē ir ļoti dažādas, saka: Mehmets Fatihs Janiks , MIT Elektronikas pētniecības laboratorijas docents. Papīra patīkamā lieta ir tā, ka tā ir ļoti elastīga platforma dažādu testu veikšanai. Viņš piebilst, ka tādu mikrofluidisko ierīču kā Whitesides grupas izgatavošana ir daudz lētāka nekā lielapjoma diagnostikas iekārtu izgatavošana. Janiks saka, ka divu zemo izmaksu sistēmu kombinācija — papīra šķidrums un mobilie tālruņi, kas jaunattīstības valstīs ir diezgan izplatīti — tā ir jauna ideja.
Tas patiešām piedāvā rīku, kam būs liela ietekme uz mikrofluidikas ieviešanu, tehnoloģiju, kuras lietošanai parasti ir nepieciešama liela aparatūra un zināšanas, saka Folks. Viņi ir pazeminājuši barjeru un spēj, tā sakot, nodot mikrofluidiku masām.