Sikkerhedsscreening af nanomaterialer kan blive hurtigere, billigere med ny laboratorietest

UCLA-forskere har designet en laboratorietest, der bruger mikrochipteknologi til at forudsige, hvor potentielt farlige nanomaterialer kan være.

Ifølge UCLA-professor Huan Meng, visse konstruerede nanomaterialer, såsom ikke-rensede kulstof nanorør, der bruges til at styrke kommercielle produkter, kunne have potentiale til at skade lungerne, hvis de indåndes under fremstillingsprocessen. Den nye test, han var med til at udvikle, kunne bruges til at analysere omfanget af den potentielle fare.

Den samme test kunne også bruges til at identificere biologiske biomarkører, der kan hjælpe forskere og læger med at opdage kræft og infektionssygdomme. I øjeblikket, forskere identificerer disse biomarkører ved hjælp af andre tests; en af ​​de mest almindelige kaldes enzym-linked immunosorbent assay, eller ELISA. Men den nye platform, som kaldes halvleder elektronisk etiket-fri assay, eller SELFA, koster mindre og er hurtigere og mere præcis, ifølge forskning offentliggjort i tidsskriftet Videnskabelige rapporter .

Undersøgelsen blev ledet af Meng, en UCLA assisterende adjungeret professor i medicin, og Chi On Chui, en UCLA lektor i elektroteknik og bioteknik.

ELISA er blevet brugt af forskere i årtier til at analysere biologiske prøver – f.eks. at opdage, om epitelceller i lungerne, der har været udsat for nanomaterialer, er betændt. Men ELISA skal udføres i et laboratoriemiljø af dygtige teknikere, og en enkelt test kan koste omkring $700 og tage fem til syv dage at behandle.

I modsætning, SELFA bruger mikrochipteknologi til at analysere prøver. Testen kan tage mellem 30 minutter og to timer, og ifølge UCLA-forskerne, kunne koste blot et par dollars pr. prøve, når produktionen af ​​store mængder begynder.

SELFA-chippen indeholder en T-formet nanotråd, der fungerer som en integreret sensor og forstærker. For at analysere en prøve, videnskabsmænd placerer det på en sensor på chippen. Den lodrette del af den T-formede nanotråd omdanner strømmen fra det molekyle, der analyseres, og den vandrette del forstærker dette signal for at skelne molekylet fra andre.

Brugen af ​​de T-formede nanotråde skabt i Chui's laboratorium er en ny anvendelse af en UCLA patenteret opfindelse, der blev udviklet af Chui og hans kolleger. Enheden er første gang, at "lab-on-a-chip"-analyse er blevet testet i et scenarie, der efterligner en situation i det virkelige liv.

UCLA-forskerne udsatte dyrkede lungeceller for forskellige nanomaterialer og sammenlignede derefter deres resultater ved hjælp af SELFA med resultater i en database med tidligere undersøgelser, der brugte andre testmetoder.

"Ved at måle biomarkørkoncentrationer i cellekulturen, vi viste, at SELFA var 100 gange mere følsom end ELISA, " sagde Meng. "Dette betyder, at ikke kun kan SELFA analysere meget mindre prøvestørrelser, men også at det kan minimere falsk-positive testresultater."

Chui sagde, "Resultaterne er signifikante, fordi SELFA-måling giver os mulighed for at forudsige det inflammatoriske potentiale af en række nanomaterialer inde i celler og validere forudsigelsen med cellulær billeddannelse og eksperimenter i dyrenes lunger."

Andre forfattere var UCLA kandidatstuderende Yufei Mao, UCLA postdoc Kyeong-Sik Shin, og UCLA-medarbejdere Xiang Wang og Zhaoxia Ji.