शोधकर्ताओं का उपयोग plasmonics को बढ़ाने के लिए फ्लोरोसेंट मार्करों में लैब-ऑन-ए-चिप नैदानिक उपकरणों — ScienceDaily


इंजीनियरों के ड्यूक विश्वविद्यालय में दिखाया गया है कि nanosized चांदी cubes कर सकते हैं नैदानिक परीक्षणों पर भरोसा करते हैं कि प्रतिदीप्ति पढ़ने के लिए आसान बनाने के द्वारा उन्हें 150 से अधिक बार उज्जवल है. के साथ संयुक्त एक उभरते बिंदु का ख्याल नैदानिक मंच पहले से ही दिखाया गया है पता लगाने के लिए सक्षम छोटे निशान के वायरस और अन्य बायोमार्कर के, दृष्टिकोण की अनुमति दे सकता इस तरह के परीक्षण करने के लिए ज्यादा सस्ता हो और अधिक व्यापक है ।

परिणाम दिखाई ऑनलाइन पर 6 मई को जर्नल में नैनो पत्र.

Plasmonics एक वैज्ञानिक क्षेत्र है कि जाल में ऊर्जा एक प्रतिक्रिया पाश नामक एक plasmon की सतह पर चांदी nanocubes. जब फ्लोरोसेंट अणुओं के बीच sandwiched हैं इन में से एक nanocubes और एक धातु की सतह, के बीच बातचीत को अपने विद्युत चुम्बकीय क्षेत्र के कारण अणुओं के लिए प्रकाश का उत्सर्जन बहुत अधिक सख्ती. Maiken Mikkelsen, जेम्स एन और एलिजाबेथ H. बार्टन के एसोसिएट प्रोफेसर इलेक्ट्रिकल और कंप्यूटर इंजीनियरिंग में ड्यूक, काम कर रहा है के साथ प्रयोगशाला में ड्यूक बनाने के लिए नए प्रकार के हाइपरस्पेक्ट्रल कैमरा और सुपरफास्ट ऑप्टिकल संकेतों का उपयोग कर plasmonics लगभग एक दशक के लिए.

एक ही समय में, शोधकर्ताओं ने प्रयोगशाला में की आशुतोष Chilkoti, एलन एल Kaganov के विशिष्ट प्रोफेसर, बायोमेडिकल इंजीनियरिंग, काम कर रहा है पर एक आत्म निहित, बिंदु का ख्याल नैदानिक परीक्षण है कि कर सकते हैं बाहर लेने की मात्रा का पता लगाने विशिष्ट बायोमार्कर से जैव चिकित्सा तरल पदार्थ जैसे रक्त के रूप में. लेकिन क्योंकि परीक्षण पर भरोसा करते हैं, फ्लोरोसेंट मार्कर की उपस्थिति का संकेत बायोमार्कर देखकर बेहोश प्रकाश की एक मात्र सकारात्मक परीक्षण की आवश्यकता है महंगा है और भारी उपकरण ।

“हमारे शोध पहले से ही दिखाया गया है कि plasmonics कर सकते हैं चमक बढ़ाने के फ्लोरोसेंट अणुओं के हजारों के दसियों से अधिक बार कहा,” Mikkelsen. “का उपयोग कर इसे बढ़ाने के लिए नैदानिक assays सीमित कर रहे हैं कि उनके द्वारा प्रतिदीप्ति था स्पष्ट रूप से एक बहुत ही रोमांचक विचार है.”

“वहाँ नहीं कर रहे हैं के उदाहरण के एक बहुत का उपयोग कर लोगों plasmon-बढ़ाया प्रतिदीप्ति के लिए बिंदु का ध्यान निदान, और कुछ है कि अस्तित्व में नहीं किया गया अभी तक लागू नैदानिक व्यवहार में,” जोड़ा गया दारिया Semeniak, में एक स्नातक छात्र Chilkoti की प्रयोगशाला है । “यह हमें ले लिया एक वर्ष की जोड़ी है, लेकिन हमें लगता है कि हम विकसित किया है एक प्रणाली है कि काम कर सकते हैं.”

में नया कागज, शोधकर्ताओं से Chilkoti प्रयोगशाला का निर्माण अपने सुपर संवेदनशील नैदानिक मंच कहा जाता है D4 परख पर एक पतली फिल्म, सोने की पसंदीदा यिन करने के लिए plasmonic चांदी nanocube के यांग. मंच के साथ शुरू होता है की एक पतली परत बहुलक ब्रश कोटिंग, जो बंद हो जाता है कुछ भी करने के लिए चिपके से सोने की सतह है कि शोधकर्ताओं के लिए नहीं करना चाहते छड़ी वहाँ. शोधकर्ताओं का उपयोग करें तो एक स्याही जेट प्रिंटर संलग्न करने के लिए दो समूहों के अणुओं के अनुरूप करने के लिए कुंडी पर करने के लिए biomarker है कि परीक्षण की कोशिश कर रहा है पता लगाने के लिए. एक सेट संलग्न है स्थायी रूप से करने के लिए सोने की सतह और एक कैच का हिस्सा बायोमार्कर. अन्य धोया जाता है की सतह एक बार परीक्षण शुरू होता है, देता है के लिए खुद का एक टुकड़ा बायोमार्कर, और चमक के लिए प्रकाश का संकेत यह पाया अपने लक्ष्य है ।

कई मिनट के बाद पारित करने के लिए अनुमति देने के लिए प्रतिक्रियाओं पाए जाते हैं, बाकी का नमूना दूर धोया जाता है, छोड़ने के पीछे केवल अणुओं है कि खोजने के लिए प्रबंधित अपने बायोमार्कर मैचों की तरह तैर फ्लोरोसेंट बीकन सीमित करने के लिए एक सुनहरा तल है ।

“असली महत्व की परख है बहुलक ब्रश कोटिंग ने कहा,” Chilkoti. “बहुलक ब्रश हमें की अनुमति देता करने के लिए दुकान उपकरणों के सभी हम की जरूरत है पर चिप को बनाए रखने, जबकि एक साधारण डिजाइन है.”

जबकि D4 परख में बहुत अच्छा है हथियाने छोटे निशान के विशिष्ट बायोमार्कर, अगर वहाँ रहे हैं केवल मात्रा का पता लगाने, फ्लोरोसेंट बीकन किया जा सकता है देखने के लिए मुश्किल. चुनौती के लिए Mikkelsen और उसके सहयोगियों के लिए किया गया था उनकी जगह plasmonic चांदी nanocubes ऊपर बीकन में इस तरह के एक तरीका है कि वे supercharged बीकन’ प्रतिदीप्ति.

लेकिन जैसा कि आमतौर पर मामला है, यह आसान किया तुलना में कहा ।

“के बीच दूरी चांदी nanocubes और सोने फिल्म तय कर कितना उज्ज्वल फ्लोरोसेंट अणु हो जाता है,” कहा डेनिएला क्रूज़, एक स्नातक छात्र में काम कर रहे Mikkelsen की प्रयोगशाला है । “हमारी चुनौती बनाने के लिए बहुलक ब्रश के साथ कोटिंग के लिए काफी मोटी कब्जा biomarkers-और केवल बायोमार्कर की ब्याज-लेकिन काफी पतली करने के लिए अभी भी बढ़ाने के नैदानिक रोशनी.”

शोधकर्ताओं का प्रयास किया दो दृष्टिकोण को हल करने के लिए इस गोल्डीलॉक्स पहेली । वे पहली बार जोड़ा गया एक electrostatic परत के लिए बांधता है कि डिटेक्टर अणुओं है कि ले जाने के लिए फ्लोरोसेंट प्रोटीन का एक तरह से बनाने के “दूसरी मंजिल” है कि चांदी nanocubes सकता है के शीर्ष पर बैठते हैं. वे भी कोशिश की functionalizing चांदी nanocubes इतना है कि वे सीधे छड़ी करने के लिए अलग-अलग डिटेक्टर के अणुओं पर एक एक पर एक के आधार पर ।

जबकि दोनों के दृष्टिकोण को बढ़ाने में सफल रहा राशि से आने वाले प्रकाश की बीकन, पूर्व पता चला सबसे अच्छा सुधार बढ़ रही है, प्रतिदीप्ति द्वारा 150 से अधिक बार. हालांकि, इस पद्धति की भी आवश्यकता होती है एक अतिरिक्त कदम बनाने के एक “दूसरी मंजिल” कहते हैं जो एक और बाधा इंजीनियरिंग के लिए एक रास्ता बनाने के लिए यह काम पर एक वाणिज्यिक बिंदु का ख्याल नैदानिक बजाय केवल एक प्रयोगशाला में. और जबकि प्रतिदीप्ति में सुधार नहीं था के रूप में ज्यादा दूसरे दृष्टिकोण में, परीक्षण की सटीकता था.

“निर्माण microfluidic प्रयोगशाला-on-a-चिप उपकरणों के माध्यम से या तो दृष्टिकोण ले जाएगा समय और संसाधन है, लेकिन वे दोनों कर रहे हैं संभव सिद्धांत में कहा,” Cassio Fontes, में एक स्नातक छात्र Chilkoti प्रयोगशाला है । “है कि क्या D4 परख की ओर बढ़ रहा है.”

और परियोजना आगे बढ़ रही है । इससे पहले वर्ष में, शोधकर्ताओं का इस्तेमाल किया प्रारंभिक परिणाम इस शोध से सुरक्षित करने के लिए एक पांच साल, $3.4 लाख R01 अनुसंधान पुरस्कार से राष्ट्रीय हृदय, फेफड़े और रक्त संस्थान है. सहयोगियों काम किया जाएगा अनुकूलन करने के लिए इन प्रतिदीप्ति संवर्द्धन जबकि घालमेल कुओं, microfluidic चैनलों और अन्य कम-लागत समाधान में एक एकल-चरण नैदानिक उपकरण कर सकते हैं कि सभी के माध्यम से चलाने, इन चरणों स्वचालित रूप से, और द्वारा पढ़ा जा सकता एक आम स्मार्टफोन के कैमरे में एक कम लागत वाली डिवाइस है ।

“एक बड़ी चुनौतियों में बिंदु का ध्यान परीक्षण करने की क्षमता है, पढ़ने के लिए बाहर परिणाम है, जो आम तौर पर की आवश्यकता है बहुत महंगा डिटेक्टरों ने कहा,” Mikkelsen. “यह एक अंधी गली में होने के लिए प्रयोज्य परीक्षण की अनुमति देने के लिए रोगियों की निगरानी करने के लिए पुराने रोगों के लिए घर पर या में उपयोग के लिए कम संसाधन सेटिंग्स. हम देखते हैं इस तकनीक के रूप में न केवल एक तरीका है चारों ओर पाने के लिए है कि टोंटी, लेकिन यह भी एक तरीका के रूप में करने के लिए वृद्धि की सटीकता और सीमा के इन नैदानिक उपकरणों।”



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