Naukowcy z Uniwersytetów Duke i Purdue (USA) opracowali technikę wykorzystującą pole magnetyczne do rozdzielania małych cząstek magnetycznych. Metoda jest bardzo czuła i może być wykorzystana do diagnozowania chorób przez analizę próbek pobranych od pacjentów. Patogeny mogą być przyciągane do cząstek magnetycznych o określonej wielkości, które, dzięki opisywanej technice, zostaną rozdzielone ze względu na wielkość. Możliwe będzie stwierdzenie obecności wielu patogenów w pojedynczej próbce. Praca ukazała się w czasopiśmie “Lab on a Chip“.
Cząstki magnetyczne rzędu wielkości mikronów zostały pokryte przeciwciałami łączącymi się z określonymi bakteriami, a następnie wymieszane z próbkami krwi pacjentów. Krytycznym elementem technologii jest mikroczip zawierający macierz z pięciu dysków o szerokości 5 mikrometrów. Cząstki magnetyczne są rozproszone w płynie umieszczonym w pojemniku z czipem. Pojemnik jest otoczony przez 3 elektromagnesy wytwarzające wirujące pole magnetyczne.
Kiedy pole magnetyczne zaczyna wirować, cząstki przemieszczają się między dyskami dopóki nie oddzielą się od reszty próbki. Pole wiruje z określoną prędkością, co powoduje oddzielenie cząstek danej wielkości. Patogeny przyłączone do tych cząstek byłyby rozdzielane w próbce przez zmiany szybkości wirowania.
Technologia nazwana nieliniową separacją magnetoforetyczną (ang. non-linear magnetophoretic separation) wykorzystuje macierze z dysków wykonanych z kobaltu pokrytego chromem aby zapobiec korozji. Dyski rozmieszczone są na powierzchni krzemowego czipu.
Zaletą tej techniki jest to, że może być użyta do jednoczesnego rozdzielenia i zidentyfikowania patogenów z czułością do miliona razy wyższą niż testy immunologiczne fazy stałej, dziś powszechnie stosowane w diagnostyce ludzi. Dotychczas technika ta była stosowana do izolacji wybranych cząsteczek (np. DNA) z mieszaniny.
Cząstki magnetyczne wielkości mikrometrów zbudowane są z tysięcy nanometrowych cząsteczek. Posiadają one cechę zwaną superparamagnetyzmem, co oznacza, że nie są magnetyczne, dopóki nie znajdą się w polu magnetycznym, mogą więc być wymieszane w roztworze i nie będą ze sobą oddziaływać. Po włączeniu pola magnetycznego cząstki stają się magnetyczne i mogą zostać rozdzielone. Pozwala to wyróżnić na przykład konkretny mikroorganizm spośród kilku powodujących takie same objawy, zastosować wobec niego odpowiedni antybiotyk, zamiast podawania leku o szerokim spektrum działania, aby zniszczyć wszystkie potencjalne patogeny infekujące pacjenta.
Metodę nazywa się nieliniową, ponieważ cząstki nie poruszają się proporcjonalnie szybciej wraz ze zwiększeniem prędkości wirowania pola magnetycznego. W pewnym momencie cząstki, zależnie od swojej wielkości lub tego, do czego są przyłączone, przestają się poruszać. Wykorzystanie tego efektu pozwoli szybko rozdzielić miliony cząstek i wskazać, która jest połączona z jakim mikroorganizmem. Naukowcy chcieliby sortować cząsteczki o 50 różnych rozmiarach, a do każdej z nich przyłączyć przeciwciało rozpoznające inny mikroorganizm chorobotwórczy. Badanie próbki krwi pacjenta zajęłoby kilka minut.
Marta Warsińska
źródło: Purdue University
———————————
Oryginalna publikacja: Benjamin B. Yellen, Randall M. Erb, Hui S. Son, Rodward Hewlin, Jr., Hao Shang and Gil U. Lee, “Traveling wave magnetophoresis for high resolution chip based separations”, Lab Chip, 2007, DOI: 10.1039/b713547e
