Onderzoekers van de Tokyo Metropolitan University hebben een nieuw micrototaalanalysesysteem ontwikkeld dat een doelstof kwantificeert in een microfluïdische chip zonder pompen, buizen en dure detectoren. De verbinding reageert met andere chemicaliën om een ​​gas te produceren, waardoor inkt in een aangesloten kamer langs een kanaal wordt geduwd. Ingebouwde lichtdetectoren helpen de stroomsnelheid te meten, waardoor de oorspronkelijke chemische stof kan worden gemeten. De draagbaarheid van het nieuwe apparaat maakt kwantitatieve klinische analyse aan het bed mogelijk.

Microfluidics is een revolutionaire technologie die precisiechemie levert met veel minder chemicaliën. Door dunne kanalen en kamers te etsen in een compacte chip die in de palm van je hand past, kan chemie worden uitgevoerd met microliterhoeveelheden vloeistof in een enorm parallelle reeks reactieomstandigheden, waardoor tijd, kosten en het milieu worden bespaard.

Meer recentelijk is de kwantitatieve detectie van chemicaliën ook in deze miniatuurapparaten geïntegreerd. Deze micro-totaalanalysesystemen (micro-TAS) beloven een volledige chemische analyse die alle voordelen van microfluïdica benut.

Om de stroming rond kanalen en kamers te stimuleren, heeft microfluïdica echter pompen en buizen nodig om de stroming in kanalen te koppelen, evenals dure lichtbronnen en detectoren om rechtstreeks de optische signalen te meten die ons vertellen hoeveel verschillende chemicaliën er in onze kanalen zitten. Dit maakt een methode gebaseerd op miniaturisatie en draagbaarheid veel minder hanteerbaar dan oorspronkelijk voorgesteld.

Maar nu heeft een team onder leiding van universitair hoofddocent Hizuru Nakajima van de Tokyo Metropolitan University een geheel nieuwe kwantificeringsmethode bedacht die de extra hardware helemaal kan wegwerken. De studie is gepubliceerd in het tijdschrift Microchimica Acta .

Ze bedachten een systeem waarbij een interessante verbinding (analiet) een gas produceert; hoe meer analyt er is, hoe sneller het gas wordt geproduceerd. Deze overdruk zorgt ervoor dat de inkt door een aangesloten kanaal wordt geleid.

Terwijl de inkt voortstroomt, blokkeert deze het kamerlicht en bereikt twee organische fotodetectoren (OPD's) die langs het kanaal zijn gedrukt en helpen de stroomsnelheid te meten. Omdat het licht alleen door een donkere inkt hoeft te worden geblokkeerd, is de vereiste detectie goedkoop en eenvoudig. Omdat de stroom wordt aangedreven door de gasproductie, zijn er geen pompen en geen buizen.

Ze demonstreerden hun systeem door de hoeveelheid C-reactief proteïne (CRP) te meten, een eiwit dat geassocieerd is met een reactie van het immuunsysteem.

Eerst wordt een CRP-bevattende oplossing aan een kleine kamer toegevoegd; hoe meer CRP er is, hoe meer zich hecht aan de speciaal behandelde wanden van de kamer. Nanodeeltjes bekleed met CRP-antilichamen en catalase worden vervolgens toegevoegd; hoe meer CRP er is, hoe meer nanodeeltjes en catalase er op de wanden achterblijven. Wanneer waterstofperoxide wordt toegevoegd, helpt de katalase zuurstof te produceren, waardoor de lus tussen analyt (in dit geval CRP) en inktstroom wordt voltooid.

Het team toonde aan dat de CRP-concentratie in menselijk serum nauwkeurig kon worden gedetecteerd, zelfs in de aanwezigheid van gewone eiwitten zoals immunoglobuline G (IgG) en menselijk serumalbumine.

Er was ook goede overeenstemming met algemeen beschikbare, veel hardware-intensievere methoden. Gezien het feit dat de nieuwe chip van het team gemakkelijk draagbaar is, denken ze dat micro-TAS meer zal worden toegepast bij klinische diagnoses aan het bed of bij omgevingsanalyses in het veld.

Meer informatie: Kuizhi Qu et al, Ontwikkeling van een kwantificeringsmethode voor C-reactief eiwit gebaseerd op debietmeting van een inktoplossing die naar buiten wordt geduwd door zuurstofgas gegenereerd door een catalasereactie, Microchimica Acta (2023). DOI:10.1007/s00604-023-06108-z

Aangeboden door Tokyo Metropolitan University