Wetenschappers hebben een nieuwe manier ontwikkeld om subtiele interacties tussen geneesmiddelen tussen bacteriën en antibiotica te volgen. Door een gewone kantoorinkjetprinter te gebruiken, onderzoekers van NTU Singapore en China ontwikkelden een wegwerpbare levende laser op chip door levende bacteriën in te kapselen. Sterke laseremissies die worden gegenereerd door bacteriën in de druppel zullen dramatisch worden verbeterd tijdens geneesmiddelinteracties. Deze doorbraak zou in de nabije toekomst gevoeligere tests met een hoge doorvoer mogelijk kunnen maken met behulp van micro-nanolasertechnologie.

Antibiotica hebben het veld van de geneeskunde getransformeerd door het tegenwoordig mogelijk te maken om veel microbiële ziekten te behandelen. Het monitoren van de interacties tussen bacteriën en antibiotica (pathogene geneesmiddelen) is daarom een ​​cruciale stap voor verdere evaluatie van de werkzaamheid van geneesmiddelen. In de afgelopen tien jaar zijn verschillende soorten technologieën ontwikkeld op zoek naar een zeer gevoelig instrument om interacties tussen geneesmiddelen en bacteriën te volgen. Door de vele beperkingen, Bij conventionele technieken duurt het meestal langer voordat een duidelijk resultaat van de geneesmiddelinteracties zichtbaar is. Het is daarom zeer uitdagend om kleine dynamische interacties te identificeren.

Recente ontwikkelingen op het gebied van microlasers hebben zijn krachtige mogelijkheden aangetoond op het gebied van signaalversterking, sterke intensiteit, en hoge gevoeligheid voor biomedische detectie. Op zoek naar een eenvoudiger en gevoeliger detectietool, Een nieuwe studie onder leiding van professor Yu-Cheng Chen van de Nanyang Technological University (NTU Singapore) heeft nu een wasbare, wegwerpbare levende laser die kleine dynamische interacties tussen bacteriën en geneesmiddelen op een chip kan volgen. De kleine lasers dienen als een zeer gevoelige cultuurvrije sensor, waar levende bacteriën waren ingekapseld in de micro-sized waterdruppeltjes. Enthousiast over hun bevindingen gepubliceerd in Analytische scheikunde , Prof. Yu-Cheng Chen, een assistent-professor aan de Nanyang Technological University, NTU Singapore zegt, "Het is verbazingwekkend dat deze minuscule biologisch levende lasers direct kunnen worden geprint vanuit een kantoorinkjetprinter. Met de voordelen van inkjetprinten, de levende lasers kunnen in seconden tot een massa-dimensie worden gefabriceerd. Het leuke is, dan kun je de lasers eraf wassen en na detectie opnieuw printen."

De voorbereiding van deze sensoren gebeurde in drie stappen. Eerst, de onderzoekers labelden de bacteriën (Escherichia coli) met nucleïnezuurkleurstoffen, die het DNA en RNA in cellen zouden kunnen herkennen. Vervolgens werden de cellen samen met het celmedium in de kantoorprinter geïnjecteerd, waar antibiotica rechtstreeks in de pipettips (of printkop) kunnen worden toegevoegd. Halfrond microdruppels werden vervolgens in een reeks op spiegelchips afgedrukt. Eindelijk, de levende laserarray werd gescand met een laserstraal om laseremissiebeelden te genereren uit fluistergalerijmodi.

Omdat het medicijn interageert met bacteriën, het celmembraan zou worden vernietigd en, beurtelings, meer fluorescerend DNA (versterkingsmolecuul) zal in de loop van de tijd in de druppel vrijkomen en bijdragen aan WGM's, wat resulteert in een sterkere laseremissie. Omdat het lasersignaal erg gevoelig is voor de veranderingen van de kleurstofmoleculen op het druppelinterface, daarom, een kleine toename van de vrijgekomen DNA-moleculen kan worden opgevangen en resulteren in een significante verandering in de versterkingsverdeling en laseremissies. De resultaten toonden aan dat laseremissiebeeldanalyse twee ordes van grootte veel gevoeliger is dan fluorescentiebeeldanalyse, waar fluorescentiebeelden na korte tijd verzadigd raken. Professor Chen Yu-Cheng zegt:"Onze bevindingen tonen aan dat de versterking die optreedt tijdens het genereren van lasers ons in staat heeft gesteld om kleine veranderingen in biologische processen in het versterkingsmedium te kwantificeren."

In samenwerking met het Shanghai Institute of Microsystem and Information Technology in China, het nieuwe levende laserbiosensorontwerp van het team elimineert niet alleen de noodzaak van tijdrovende en arbeidsintensieve celcultuur, maar vereenvoudigt ook de sensorconfiguratie zonder de noodzaak van een complexe fabricage. Het belangrijkste is, een nieuw concept voor bioanalyse op basis van laseremissiebeelden werd voorgesteld om de onderliggende biochemische en biologische processen in vitro of in vivo te kwantificeren, de weg vrijmaakt voor high-throughput on-chip laseranalyse van levende organismen.

Wat betreft de belangrijke toekomstige toepassingen van hun werk, Universitair hoofddocent Shilun Feng, wie is de co-auteur legt uit, "Dit is fantastisch werk door microfluïdische fabricage te combineren met levende lasers op een chip. Dezelfde benadering kan worden toegepast op een breed scala aan levende soorten, inclusief levende cellen, bacteriën, virussen, en eiwitinteracties. Deze technologie kan een tijdige diagnose en behandeling met hoge gevoeligheid mogelijk maken. Met de snelle behoefte aan screening van geneesmiddelen tegen virussen, deze technologie zou zelfs virussen of bacteriën in staat kunnen stellen om in de microdruppeltjes te kweken en de dynamische interacties met medicijnen te volgen. " Inderdaad, hoewel er in de toekomst nog een lange weg te gaan is om voor veel ziekten te vechten, hun apparaat vertegenwoordigt een mijlpaal om biologische levende laser te implementeren voor high-throughput-analyse van levende organismen.