Группой исследователей из Массачусетского технологического института предложен способ усовершенствования методик клинической диагностики и повышения информативности медицинских исследований, также являющийся важным шагом в реализации концепции «лаборатория на чипе».
Микроскопические магнитные частицы – «бусины» – широко используются в биомедицинских исследованиях. К их поверхности прикрепляются органические молекулы, благодаря чему появляется возможность отследить их распределение и участие в биохимических реакциях. Например, помеченные таким образом антитела продолжают связываться с определёнными белками, что используется в иммунодиагностике инфекционных заболеваний.
До настоящего времени не было разработано эффективных методик, позволяющих за приемлемое время точно определить количество искомого вещества, присутствующего в исследуемом образце и закрепившегося на поверхности бусин.
Новый метод позволяет практически мгновенно выяснить это в автоматическом режиме. Он описывает бесконтактное измерение параметров магнитных частиц диаметром около 1 мкм в режиме реального времени.
Ключевым моментом является анализ поведения бусин в переменном магнитном поле. Все бусины изначально имеют одинаковый размер. По мере закрепления на их поверхности органических молекул диаметр частиц возрастает. Одновременно с увеличением диаметра растёт сопротивление движению в жидкой среде, что приводит к уменьшению частоты колебаний в магнитном поле.
Таким образом, резонансная частота рассматривается как функция от диаметра бусин, а по изменению скорости их колебаний можно судить о количестве исследуемого вещества. Подробнее суть методики объясняется в этом видеоролике.
Предложенный подход позволяет использовать для проведения анализа минимальное количество материала и не требует длительной подготовки. Например, наличие у пациента антител к возбудителям различных болезней можно установить буквально по капле крови за несколько минут.
Работа выполнена аспирантами Элизабет Рапопорт (Elizabeth Rapoport) и Дэниелем Монтана (Daniel Montana) под руководством доцента кафедры материаловедения и инженерии Джеффри Бича (Geoffrey Beach).
Реализация метода в варианте «лаборатория на чипе» предполагает объединение результатов данного исследования с предыдущими наработками этого же научного коллектива. Ранее в журнале Applied Physics Letters ими было описано создание на поверхности микрочипа дорожек с магнитными доменами, вдоль которых быстро и управляемо перемещались бусины. Это хорошо видно в четвёртой части приведённого выше видеоролика. Для удобства она представлена отдельно ниже.
В дальнейшем над поверхностью чипа можно разместить микрорезервуары с бусинами, исследуемыми образцами и жидкостью (реакционной средой) для их первоначального взаимодействия.
Подобные устройства позволят отказаться от более сложных конструкций аналогичного назначения, использующих гидравлические принципы, систему микроканалов и насосов.