Schwere

4. August 2023 Conn Hastings Diagnostics, Medizin

Forscher der Duke University haben ein schwerkraftbetriebenes Mikrofluidikgerät entwickelt, das als Diagnosetechnologie in ressourcenarmen Gebieten eingesetzt werden soll. Mikrofluidik bietet ein enormes Potenzial für die Point-of-Care-Diagnostik, doch der Einsatz winziger Pumpen und anderer hochentwickelter elektronischer Komponenten erhöht die Komplexität und Kosten solcher Geräte dramatisch. In dem Bemühen, eine kostengünstige Alternative zu entwickeln, haben sich diese Forscher der Schwerkraft zugewandt, um Tropfen durch die winzigen Kanäle innerhalb eines Geräts zu befördern. Dabei nutzen sie Flecken getrockneter Reagenzien, um den Test zu beeinflussen, und verschiedene Bereiche, die mit einer speziellen Oberfläche bedeckt sind Beschichtungen beeinflussen den Weg der Tropfen und ihre Geschwindigkeit. Die Forscher hoffen, dass die Technologie die Point-of-Care-Diagnostik für Menschen ermöglichen könnte, die in den entlegensten und ressourcenärmsten Gebieten leben.

Mikrofluidik verändert die Spielregeln und ermöglicht die Durchführung komplexer biomedizinischer Diagnosetests, für die früher teure und sperrige Laborgeräte erforderlich gewesen wären, auf einem winzigen Chip. Einige der Menschen, die am meisten von dieser Revolution der Miniaturisierung profitieren werden, leben in Gebieten mit geringen Ressourcen und haben keinen einfachen Zugang zu Krankenhäusern und Kliniken. Sofern solche Technologien jedoch nicht auch kostengünstig sind, bleiben sie für viele dieser Menschen möglicherweise immer noch unerreichbar.

Vor diesem Hintergrund haben diese Forscher ein kostengünstiges Mikrofluidiksystem entwickelt, das auf der Schwerkraft statt auf Pumpen basiert und von dem die Forscher behaupten, dass es sehr einfach hergestellt werden könnte, sogar durch das Einschneiden von Kanälen in einen Holzblock. „Die Eleganz dieses Ansatzes liegt in seiner Einfachheit – Sie können alle Tools verwenden, die Ihnen gerade zur Verfügung stehen, damit es funktioniert“, sagte Hamed Vahabi, einer der Entwickler der neuen Technologie. „Theoretisch könnte man sogar einfach mit einer Handsäge die für den Test benötigten Kanäle in ein Stück Holz schneiden.“

Bei solchen Technologien werden Tröpfchen, einschließlich biologischer Proben und Reagenzien, die den Test ermöglichen, durch kleine Kanäle transportiert. Einige nutzen Kapillarwirkung, um Tröpfchen zu bewegen, aber das reicht selten aus, um den Test zum Funktionieren zu bringen, und erfordert zusätzlich winzige elektrische Pumpen, was die Kosten der Technologie drastisch erhöht.

„Die meisten mikrofluidischen Geräte benötigen mehr als nur Kapillarkräfte, um zu funktionieren“, sagte Ashutosh Chilkoti, ein weiterer an der Studie beteiligter Forscher. „Dieser Ansatz ist viel einfacher und ermöglicht auch die Gestaltung und den Betrieb sehr komplexer Flüssigkeitspfade, was mit Mikrofluidik weder einfach noch kostengünstig ist.“

Stattdessen verwendeten diese Forscher spezielle Oberflächenbeschichtungen, um die „Gleitfähigkeit“ oder „Klebrigkeit“ bestimmter Kanäle zu erhöhen und so die Geschwindigkeit und Tendenz der Tröpfchen zu erhöhen, die von ihnen entworfenen Routen zu durchlaufen. Ein spezielles Rig, in dem das Gerät platziert ist, dreht es um 90 Grad, um das durch die Schwerkraft angetriebene Tröpfchenrennen einzuleiten, und ein einfacher LED- und Lichtdetektor kann die durch den Assay erzeugten Signale lesen.

„Wir haben viele verschiedene Elemente entwickelt, um die Bewegung, Interaktion, das Timing und die Reihenfolge mehrerer Tröpfchen im Gerät zu steuern“, sagte Vahabi. „Alle diese Phänomene sind auf dem Gebiet bekannt, aber niemand dachte bisher daran, sie zur systematischen Steuerung der Bewegung von Tröpfchen zu nutzen.“

Sehen Sie sich unten ein Video an, das die Technologie demonstriert:

Studie in der Fachzeitschrift Device: Ein schwerkraftgesteuerter Point-of-Care-Tröpfchen-Fluidtest

Via: Duke University

Conn Hastings

Conn Hastings erhielt einen Doktortitel vom Royal College of Surgeons in Irland für seine Arbeit im Bereich der Arzneimittelverabreichung. Dabei untersuchte er das Potenzial injizierbarer Hydrogele zur Abgabe von Zellen, Arzneimitteln und Nanopartikeln bei der Behandlung von Krebs und Herz-Kreislauf-Erkrankungen. Nach seiner Promotion und dem Abschluss eines Jahres als Postdoktorand verfolgte Conn eine Karriere im wissenschaftlichen Verlagswesen, bevor er hauptberuflich Wissenschaftsjournalist und -redakteur wurde und seine Erfahrung in den biomedizinischen Wissenschaften mit seiner Leidenschaft für schriftliche Kommunikation kombinierte.