重力

2023 年 8 月 4 日 Conn Hastings 診断、医学

デューク大学の研究者は、資源の少ない地域での診断技術として使用することを目的とした、重力を利用したマイクロ流体デバイスを開発しました。 マイクロ流体工学はポイントオブケア診断に大きな可能性を秘めていますが、小型ポンプやその他の高度な電子部品を組み込むと、そのようなデバイスの複雑さとコストが大幅に増加します。 低コストの代替手段を開発する取り組みの中で、これらの研究者らは、アッセイに影響を与える乾燥試薬のスポットや、特殊な表面で覆われたさまざまな領域を使用して、装置内の小さなチャネルの周りで液滴を往復させる方法として重力に注目しました。コーティングは液滴の経路と速度に影響を与えます。 研究者らは、この技術が最も僻地で資源の少ない地域に住む人々のポイントオブケア診断を可能にすることを期待している。

マイクロ流体工学は、これまで高価でかさばる実験装置を必要としていた複雑な生物医学診断アッセイを小さなチップ上で実行できるようにする革新的な技術です。 この小型化革命から最大限の利益を得ようとしている人々の中には、病院や診療所に簡単にアクセスできない資源の少ない地域に住んでいる人もいます。 しかし、そのようなテクノロジーが低コストでない限り、多くの人々の手が届かないままになる可能性があります。

これを念頭に置いて、これらの研究者らは、ポンプの代わりに重力に依存する低コストのマイクロ流体システムを作成しました。研究者らは、このシステムは木のブロックに溝を彫ることによってさえ非常に簡単に作成できると主張しています。 「このアプローチの優雅さは、すべてそのシンプルさの中にあります。それを機能させるためにたまたま持っているツールを何でも使用できます」と、新しいテクノロジーの開発者の一人であるハメド・バハビ氏は述べています。 「理論的には、手鋸を使って木片にテストに必要な溝を切り出すだけでも可能です。」

このような技術には、アッセイを可能にする生体サンプルや試薬などの液滴を小さなチャネルの周りで往復させることが含まれます。 毛細管現象を利用して液滴を移動させるものもありますが、これだけではアッセイが機能するのに十分であることはほとんどなく、補足として小型の電動ポンプが必要となり、技術コストが大幅に増加します。

「ほとんどのマイクロ流体デバイスは、動作するために単なる毛細管力以上のものを必要とします」と、この研究に参加した別の研究者アシュトシュ・チルコティ氏は述べた。 「このアプローチははるかに単純であり、非常に複雑な流体経路の設計と操作も可能になりますが、これはマイクロ流体工学では簡単でも安価でもありません。」

代わりに、これらの研究者らは特殊な表面コーティングを使用して、特定のチャネルの「滑りやすさ」または「粘着性」を高め、設計したルートを通過する液滴の速度と傾向を高めました。 装置が設置された特殊なリグは、重力による液滴レースを開始するために 90 度回転し、シンプルな LED と光検出器がアッセイによって生成されたシグナルを読み取ることができます。

「私たちは、デバイス内の複数の液滴の動き、相互作用、タイミング、シーケンスを制御するために、さまざまな要素を考え出しました」とバハビ氏は述べています。 「これらの現象はすべてこの分野ではよく知られていますが、これを利用して液滴の動きを体系的に制御することを考えた人はこれまで誰もいませんでした。」

以下のテクノロジーをデモするビデオをご覧ください。

ジャーナルに掲載された研究 デバイス: 重力駆動の液滴流体ポイントオブケアテスト

経由: デューク大学

コン・ヘイスティングス

コン・ヘイスティングス氏は、癌や心血管疾患の治療において細胞、薬物、ナノ粒子を送達する注射用ヒドロゲルの可能性を研究した薬物送達の研究で、アイルランド王立外科医大学から博士号を取得しました。 博士号を取得し、1 年間のポスドク研究を終えた後、コンは学術出版でのキャリアを追求し、その後フルタイムのサイエンス ライターおよび編集者となり、生物医学分野での経験と書面によるコミュニケーションへの情熱を組み合わせました。