Микрожидкостный чип с усовершенствованной электроникой подсчитывает и характеризует клетки или частицы

В исследовании обоснованности концепции команда электротехников и компьютерных инженеров продемонстрировала способность микрожидкостного чипа с усовершенствованной электроникой характеризовать и подсчитывать клетки рака яичников.

В настоящее время уже разработаны многочисленные биофизические и биохимические анализы, которые полагаются на пространственную манипуляцию частицами или клетками, поскольку они обрабатываются в устройствах лаборатории на чипе, и анализ пространственно распределенных частиц на таких устройствах, как правило, требует микроскопии, которая сводит на нет преимущества в стоимости и формате микрожидкостного анализа.


Исследователи из Технологического института Джорджии (Атланта, США) объединили микрофлюидику с электронной сенсорной технологией для создания устройства лаборатории на чипе, которое может определить местоположение, размер и скорость клеток, движущихся через микроканалы. Информация для каждой отдельной клетки сохраняется, а затем используется в качестве основы для автоматизированного подсчета и анализа клеток.

Основным принципом, позволяющим идентифицировать клетки, является множественный доступ с кодовым разделением каналов (CDMA), который используется сотовыми телефонными сетями для разделения сигналов от каждого пользователя. Инновационная версия на микрожидкостном чипе называется CODES. Метод CODES опирается на сеть электрической схемы микронного размера, расположенной в слое под четырехканальным микрожидкостным чипом. Ток, протекающий через схему, создает электрическое поле в микроканалах над сетью. Когда клетка проходит через один из микроканалов, она вызывает изменение импеданса в схеме, что сигнализирует о прохождении клетки и предоставляет информацию о ее местоположении, размере и скорости, с которой она движется через канал. Пакету информации, генерируемому для каждой клетки, присваивается уникальный семибитный идентификационный номер, который хранится для анализа.

В качестве доказательства принципа исследователи применили эту технологию для обнаружения клеток рака яичников человека в четырех различных микрофлюидных каналах, изготавливаемых с помощью легкой литографии. В этом тесте более тысячи клеток рака яичников отслеживались со степенью точности, превосходящей 90%.

"Мы оцифровываем информацию о сортировке, проведенной на микрожидкостном чипе, — заявил старший автор исследования Фатих Сарыоглу (Fatih Sarioglu), доктор, ассистент-профессор кафедры электротехники и вычислительной техники в Технологическом институте Джорджии. — Мы считаем, что объединение принципов микрофлюидики, электроники и телекоммуникаций поможет решить серьезную проблему на выходной стороне технологии лаборатории на чипе".

"Мы создали электронный датчик без каких-либо активных компонентов, — сказал доктор Сарыоглу. — Это просто слой металла с заданным рисунком. Клетки и металлический слой взаимодействуют и генерируют цифровые сигналы таким же образом, каким сотовые телефонные сети отслеживают идентичность каждого абонента. Мы создаем эквивалент сети сотового телефона на микрожидкостном чипе. Наша методика может превратить все микрофлюидные манипуляции, которые происходят на чипе, в количественные данные, относящиеся к диагностическим измерениям".

Лаборатория на чипе на основе CODES была описана онлайн 29 марта 2016 года в журнале Lab on a Chip.

Ссылки по теме:
Технологический институт Джорджии