De geneeskunde is altijd op zoek naar betere diagnostische hulpmiddelen voor ziekten:eenvoudiger, sneller, en goedkopere technologieën om de behandeling en resultaten van patiënten te verbeteren. Momenteel, microfluïdische bioassay-apparaten zijn de diagnostische hulpmiddelen die de voorkeur hebben waarmee clinici de concentratie van ziektebiomarkers in het biologische monster van een patiënt kunnen meten, zoals bloed. Ze kunnen de waarschijnlijkheid van een ziekte aangeven op basis van een vergelijking van de biomarkerconcentratie in het monster ten opzichte van het normale niveau. Om deze concentratie te detecteren, het monster van de patiënt wordt over een oppervlak geleid dat geïmmobiliseerde bioreceptoren bevat, of "biomarker-capturing" moleculen die aan dit oppervlak zijn gehecht. Een onderzoeker kan dan de overvloed aan biomarkers registreren, bepalen of het niveau normaal is, en tot een diagnose te komen. Omdat de efficiëntie van deze apparaten afhankelijk is van hoe intact en functioneel de aangehechte bioreceptoren zijn, het immobiliseren van deze bioreceptoren zonder schade aan te richten is ontmoedigend gebleken.

In de afgelopen twee decennia, microcontact afdrukken, die een rubberen stempel gebruikt om de bioreceptoren te immobiliseren, is vastgesteld als een robuuste methode om een ​​verscheidenheid aan testen met meerdere toepassingen te creëren. Toch heeft deze methode ook zijn gebreken, vooral wanneer gebruikt op nanoschaal - de schaal waar eiwitten en DNA heersen. Op deze schaal, de harde en uitgebreide technieken die momenteel worden gebruikt, brengen de resolutie van het apparaat in gevaar, hetzij door de stempel te vervormen of de bioreceptoren te beschadigen, waardoor gegevens worden verkregen die enigszins onhandelbaar zijn voor gebruik in diagnostiek of andere toepassingen. Echter, in een recent artikel gepubliceerd in het tijdschrift analist , onderzoekers van de Okinawa Institute of Science and Technology Graduate University (OIST) beschrijven een nieuwe reeks afdrukstappen die deze problemen hebben verholpen.

Voor microcontact printen, "je hebt een stempel nodig, een inkt, en een oppervlak, en dan creëer je je patroon op je oppervlak. Zo simpel is het, " legt Shivani Sathish uit, OIST PhD student in de Micro/Bio/Nanofluïdische Unit, en eerste auteur op het papier.

De stempel is gemaakt van polydimethylsiloxaan, dat is een flexibele vaste stof, vergelijkbaar met het rubber dat wordt gebruikt in alledaagse postzegels. De inkt is een oplossing die is samengesteld uit silicium- en oxidebevattende moleculen genaamd APTES, en het oppervlak is van glas. Na het bekleden van de stempel met de inkt, de stempel wordt op het glas gedrukt, en vervolgens verwijderd na een korte incubatie. Het resultaat is een patroonlaag van APTES op het glas - een dambord van regio's met of zonder APTES. Volgende, een microfluïdisch apparaat, die een of meer microkanalen bevat die zijn geconfigureerd om vloeistof door gespecificeerde paden te leiden, is verzegeld over het patroonglas. Eindelijk, de bioreceptoren zijn chemisch verbonden met de APTES-regio's binnen de microfluïdische kanalen. Het apparaat als geheel is ongeveer zo groot als een postzegel.

Het systeem is nu klaar voor gebruik als diagnostische test. Om de test uit te voeren, een vloeistofmonster van een patiënt wordt afgeleverd via het microfluïdische apparaat dat aan het glas is bevestigd. Als de relevante ziektebiomarker aanwezig is, het molecuul zal "plakken" aan de gebieden die de bioreceptoren bevatten.

Wat belangrijk is aan de APTES-oplossing is de handige chemie. "Afhankelijk van uw bioreceptor van belang, je hoeft alleen de juiste chemie te kiezen om het molecuul te koppelen aan de APTES, " legt mevrouw Sathish uit. Of met andere woorden, één stempel kan worden gebruikt om een ​​test voor te bereiden met de mogelijkheid om een ​​verscheidenheid aan verschillende bioreceptoren te immobiliseren - één stempel maakt meerdere tests en diagnoses op een enkel oppervlak mogelijk. Deze functie zou voordelig zijn voor het diagnosticeren van complexe ziekten zoals kanker, die vertrouwt op tests die meerdere markers kunnen detecteren om de diagnose te verbeteren.

In hun onderzoek hebben Mevrouw Sathish en collega's ontwikkelden een verbeterde techniek om het meest optimale diagnostische apparaat voor ziekten te creëren voor gebruik op nanoschaal. Hier, ze maakten eerst patronen op nanoschaal van APTES met behulp van een inkt gemaakt van APTES in water, in tegenstelling tot agressieve chemicaliën, waardoor het probleem van de postzegelzwelling werd geëlimineerd. Vervolgens, ze geïmmobiliseerd de bioreceptoren op het oppervlak als de allerlaatste stap van het proces, na het patroon van de APTES en het bevestigen van het microfluïdische apparaat. Door de bioreceptoren als laatste stap te bevestigen, de onderzoekers vermeden ze bloot te stellen aan extreme en schadelijke omstandigheden. Vervolgens demonstreerden ze de werkzaamheid van het uiteindelijke apparaat door een test uit te voeren om de biomarkers interleukine 6 en humaan c-reactief eiwit te vangen, twee stoffen die bij ontstekingen vaak in het lichaam worden verhoogd.

"Het uiteindelijke doel is om een ​​point-of-care-apparaat te maken, " legt OIST-professor Amy Shen uit, die het onderzoek leidde.

"Als je je bioreceptoren vooraf geïmmobiliseerd krijgt in microfluïdische apparaten, kun je ze gebruiken als diagnostische hulpmiddelen als en wanneer dat nodig is, "Mevrouw Sathish vervolgt. "[Uiteindelijk] in plaats van een heel klinisch team te hebben dat uw staal verwerkt... hopen we dat de patiënten het zelf thuis kunnen doen."