Forskere leverer bærbar total kemisk analyse uden pumper og rør

Forskere fra Tokyo Metropolitan University har konstrueret et nyt mikrototalanalysesystem, der kvantificerer et målkemikalie i en mikrofluidisk chip uden pumper, rør og dyre detektorer. Forbindelsen reagerer med andre kemikalier for at producere en gas, og skubber blæk i et forbundet kammer langs en kanal. Indbyggede lysdetektorer hjælper med at måle flowhastigheden, hvilket muliggør måling af det originale kemikalie. Bærbarheden af ​​den nye enhed muliggør kvantitativ klinisk analyse ved sengekanten.

Microfluidics er en revolutionerende teknologi, der leverer præcisionskemi med langt færre kemikalier. Ved at ætse tynde kanaler og kamre ind i en kompakt chip, der kan passe ind i din håndflade, kan kemi udføres med mikroliter mængder væske i en enormt paralleliseret række af reaktionsbetingelser, hvilket sparer tid, omkostninger og miljøet.

For nylig er den kvantitative påvisning af kemikalier også blevet indarbejdet i disse miniatureanordninger. Disse mikro-totalanalysesystemer (mikro-TAS) lover en komplet kemisk analyse, der udnytter alle fordelene ved mikrofluidik.

For at drive flow rundt i kanaler og kamre kræver mikrofluidik imidlertid pumper, rør til at koble flow ind i kanaler, samt dyre lyskilder og detektorer til direkte at måle de optiske signaler, der fortæller os, hvor meget af forskellige kemikalier der er i vores kanaler. Dette gør en metode baseret på miniaturisering og portabilitet langt mindre besværlig end oprindeligt foreslået.

Men nu er et hold ledet af lektor Hizuru Nakajima fra Tokyo Metropolitan University kommet med en helt ny kvantificeringsmetode, der helt kan slippe af med den ekstra hardware. Studiet er publiceret i tidsskriftet Microchimica Acta .

De kom op med et system, hvor en eller anden forbindelse af interesse (analyt) producerer en gas; jo mere analyt der er, jo hurtigere produceres gassen. Dette overtryk hjælper med at drive blæk langs en forbundet kanal.

Når blækket flyder langs, blokerer det for, at rummets lys når to organiske fotodetektorer (OPD'er), der er printet langs kanalen, og hjælper med at måle strømningshastigheden. Da lyset kun skal blokeres af en mørk blæk, er den nødvendige detektering billig og enkel. Da flow er drevet af gasproduktion, er der ingen pumper og ingen rør.

De demonstrerede deres system ved at måle mængden af ​​C-reaktivt protein (CRP), et protein forbundet med et immunsystemrespons.

Først tilsættes en CRP-holdig opløsning til et lille kammer; jo mere CRP der er, jo mere hæfter sig til de specialbehandlede vægge i kammeret. Nanopartikler belagt med CRP-antistoffer og katalase tilsættes derefter; jo mere CRP der er, jo flere nanopartikler og katalase er der tilbage på væggene. Når hydrogenperoxid tilsættes, hjælper katalasen med at producere oxygen og fuldender løkken mellem analyt (i dette tilfælde CRP) og blækflow.

Holdet demonstrerede, at CRP-koncentrationen i humant serum kunne detekteres nøjagtigt, selv i nærvær af almindelige proteiner som immunoglobulin G (IgG) og humant serumalbumin.

Der var også god overensstemmelse med almindeligt tilgængelige, langt mere hardware-intensive metoder. I betragtning af, at holdets nye chip er let at transportere, mener de, at det vil se mere anvendelse af mikro-TAS i klinisk diagnose ved sengekanten eller miljøanalyse i felten.

Flere oplysninger: Kuizhi Qu et al, Udvikling af en C-reaktivt protein kvantificeringsmetode baseret på flowhastighedsmåling af en blækopløsning skubbet ud af oxygengas genereret af katalasereaktion, Microchimica Acta (2023). DOI:10.1007/s00604-023-06108-z

Leveret af Tokyo Metropolitan University