Eksperter udvikler en ny mekanisme, der kan fange submikron partikler på få minutter

En skefuld sukker kan få medicinen til at gå ned, men en ny Loughborough-ledet undersøgelse tyder på, at et skvæt salt er nøglen til fremskridt på vigtige medicinske områder såsom lægemiddellevering og biologisk prøveanalyse.

Naval Singh, en ph.d. studerende på universitetets skole for luftfart, Automotive, Kemi- og materialeteknik (AACME), og Dr. Guido Bolognesi, ekspert i bioteknik, håber, at den nye partikelfangende mekanisme, de har udviklet, vil "åbne spændende nye veje for udvikling af nye billige, bærbare og ultrafølsomme enheder til bioanalyse og diagnostik."

Deres seneste undersøgelse, offentliggjort i tidsskriftet Fysisk gennemgangsbreve , viser, hvordan salt kan bruges til at akkumulere submikron partikler i blindgyde områder kendt som 'mikrokaviteter' i løbet af få minutter, og hvordan processen kan vendes.

Biologiske væsker er fulde af partikler, og at være i stand til at fange og frigive dem er en vigtig underbyggende evne til flere teknologiske anvendelser, herunder analyse af kropsvæsker som blod og spyt.

Diagnostik – såsom virusdetektion – kan begrænses af antallet af biologiske partikler, der opfanges af det diagnostiske instrument, så evnen til at koncentrere partikler i ét område kan føre til mere nøjagtig detektion og som et resultat, tidligere medicinske indgreb.

Nuværende metoder til at koncentrere partikler findes, men de involverer lab-baseret teknologi såsom centrifuger og kan ikke bruges til at fange partikler inde i kroppen.

Holdet ønskede at udvikle en mekanisme, der kunne bruges til at fange partikler i både levende og kunstige biologiske systemer.

De besluttede at fokusere på at akkumulere partikler i blindgydeområder, såsom hulrum og porer, da disse er allestedsnærværende i begge systemer.

Imidlertid, partikeltransport til disse regioner er en sand ingeniørudfordring, da noget skal drive partiklerne ned i de brøndlignende strukturer.

Dr. Bolognesi og Naval, i samarbejde med eksperter i Loughboroughs Department of Chemical Engineering, Wolfson School of Mechanical, El- og produktionsteknik, og Frankrigs Institut Lumière Matière, undersøgt, om salt - som er kendt for at kunne transportere partikler - kunne bruges til dette formål.

Holdet kørte en række tests ved hjælp af en skræddersyet mikrokanalenhed, kun et par gange tykkere end et menneskehår. Enheden indeholder mikrokaviteter og åbninger, hvor forskere kan injicere saltvandsstrømme, som derefter strømmer forbi blindgydeområderne.

Til denne proof-of-concept undersøgelse, forskerne så på at fange kommercielt tilgængelige gumminanopartikler i mikrohulrummene.

Testen viste, at en lille forskel i saltindholdet i vandstrømmene var nok til at holde partiklerne stationære, og saltet i mikrohulrummene virkede på samme måde som en magnet, trække partiklerne ned i blindgydeområderne.

Ud over, de fandt ud af, at processen kunne vendes, hvilket kan have enorme konsekvenser for applikationer, der kræver indfangning og senere frigivelse af partikler, for eksempel, den tidskontrollerede levering af flere lægemidler til blindgydeområder.

Dr. Bolognesi siger, at selvom gummi var fokus for undersøgelsen, den foreslåede strategi kan anvendes på biologiske partikler, såsom vira og andre ekstracellulære partikler, der normalt findes i blod, urin, og cerebrospinalvæske.

Af forskningen, Dr. Bolognesi sagde:"Det smukke ved denne forskning er faktisk, at vores innovative strategi for partikelhåndtering i miniaturiserede systemer er afhængig af noget så simpelt og udbredt som en smule salt. Da naturen er en langt bedre ingeniør end noget menneske, Jeg ville ikke blive overrasket, hvis det i den nærmeste fremtid opdages, at lignende saltdrevne mekanismer naturligt forekommer i biologiske systemer for at lette transporten af ​​biologiske materialer i levende organismer."

Han fortsatte:"Vi bygger videre på denne forskning, og vores gruppe arbejder nu på prototyping af mindst to forskellige in vitro-diagnostiske enheder baseret på denne partikelhåndteringsmetode."

Flåde, avisens hovedforfatter, tilføjede:"Med vores arbejde offentliggjort i Physical Review Letters, det er et løfte om betydelige fremskridt inden for forskningsfeltet, der åbner op for potentielle implikationer på undersøgelsen af ​​blødt stof og levende systemer samt design af biokemiske og analytiske mikroanordninger. Millioner af dollars bliver investeret i at udvikle point-of-care (PoC) diagnoseudstyr, og jeg regner med, at denne forskning vil sætte gang i en ny generation af omkostningseffektive PoC-enheder med testapplikationer til in vitro og anden klinisk diagnostik til lavere omkostninger, og høj selektivitet, følsomhed, og specificitet."