За последние два десятилетия микроконтактная печать, при которой используется резиновый штамп для иммобилизации биорецепторов, стала надежным методом для создания множества анализов с множеством приложений. Тем не менее, у этого метода есть свои недостатки, особенно когда он используется в наномасштабе — масштабе, в котором правят белки и ДНК. В этом масштабе жесткие и сложные методы, используемые в настоящее время, снижают разрешающую способность устройства, деформируя штамп или повреждая биорецепторы, что приводит к получению данных, которые в некоторой степени не поддаются контролю для использования в диагностике или других приложениях.
Однако в недавней статье, опубликованной в журнале Analyst, исследователи из Окинавского института науки и технологий аспирантуры (OIST) описывают новую последовательность шагов печати, которые устранили эти проблемы.Для микроконтактной печати «вам понадобится штамп, чернила и поверхность, а затем вы создадите свой узор на своей поверхности.
Это очень просто», — объясняет Шивани Сатиш, аспирант OIST из подразделения Micro / Bio / Nanofluidics. и первый автор статьи.Штамп изготовлен из полидиметилсилоксана, который представляет собой гибкое твердое вещество, похожее на резину, используемую в повседневных штампах. Чернила представляют собой раствор, состоящий из молекул, содержащих кремний и оксид, которые называются APTES, а поверхность представляет собой стекло.
После покрытия штампа чернилами штамп прижимают к стеклу, а затем удаляют после непродолжительной инкубации. Результатом является узорчатый слой APTES на стекле — шахматная доска областей с APTES или без них.
Затем микрожидкостное устройство, которое содержит один или несколько микроканалов, сконфигурированных для направления жидкости по определенным путям, герметизируется поверх узорчатого стекла. Наконец, биорецепторы химически связаны с областями APTES в микрофлюидных каналах. Устройство в целом размером с почтовую марку.
Теперь система готова к использованию в качестве диагностического теста. Для проведения анализа образец жидкости пациента подается через микрофлюидное устройство, прикрепленное к стеклу. Если присутствует соответствующий биомаркер заболевания, молекула «прилипнет» к участкам, содержащим биорецепторы.
Что важно в растворе APTES, так это его удобный химический состав. «В зависимости от интересующего вас биорецептора вам просто нужно выбрать подходящий химический состав, чтобы связать молекулу с APTES», — объясняет г-жа Сатиш. Или, другими словами, один штамп можно использовать для подготовки анализа с возможностью иммобилизации множества различных биорецепторов — один штамп позволяет проводить несколько тестов и диагнозов на одной поверхности. Эта функция была бы полезной для диагностики сложных заболеваний, таких как рак, которая основана на тестах, которые могут обнаруживать несколько маркеров для улучшения диагноза.В своем исследовании г-жа Сатиш и его коллеги разработали улучшенную технику для создания наиболее оптимального диагностического устройства для использования в наномасштабе.
Здесь они впервые нарисовали наноразмерные элементы APTES с помощью чернил, сделанных из APTES в воде, в отличие от агрессивных химикатов, что устранило проблему разбухания штампа. Затем они иммобилизовали биорецепторы на поверхности в качестве самого последнего шага процесса, после создания рисунка APTES и присоединения микрофлюидного устройства. Прикрепив биорецепторы в качестве последнего шага, исследователи избежали воздействия на них экстремальных и разрушительных условий. Затем они продемонстрировали эффективность последнего устройства, запустив анализ для улавливания биомаркеров интерлейкина 6 и человеческого c-реактивного белка, двух веществ, которые часто повышаются в организме во время воспаления.
«Конечная цель — создать устройство для оказания медицинской помощи», — объясняет профессор OIST Эми Шен, возглавлявшая исследование.«Если вы предварительно иммобилизуете свои биорецепторы в микрофлюидных устройствах, вы сможете использовать их в качестве диагностических инструментов по мере необходимости», — продолжает г-жа Сатиш. «[В конце концов] вместо того, чтобы иметь целую клиническую команду, которая обрабатывает ваш образец … мы надеемся, что пациенты смогут делать это сами дома».