En la actualidad, Nos esforzamos por frenar la propagación de COVID-19. Si bien las restricciones a gran escala pueden obstaculizar el virus, Las pruebas de diagnóstico rápidas y precisas pueden ayudar a los servicios de salud a controlar y contener mejor el virus. Para esto, se necesitan dispositivos de prueba adecuados, como los basados ​​en tecnologías de laboratorio en chip donde las muestras de prueba se mezclan con moléculas de detección que se unen al virus y luego emiten una señal como la luz. Para su Ph.D. investigar, Sophia E. Shanko exploró cómo se puede acelerar este proceso de unión mediante la mezcla de partículas magnéticas, lo que puede tener implicaciones significativas para futuros dispositivos de prueba de diagnóstico. Shanko defiende su tesis el 10 de mayo en el departamento de Ingeniería Mecánica.

COVID-19 no conoce fronteras ni fronteras y se ha extendido como la pólvora por países y continentes. Si bien las restricciones sociales, como bloqueos, puede limitar su propagación, persiste la necesidad de realizar pruebas diagnósticas rápidas en el lugar de atención.

"Las pruebas rápidas permiten la identificación rápida de casos, y la provisión de tratamientos rápidos y adecuados para las personas infectadas, "dice Sophia Shanko, Doctor. investigador del grupo de investigación Microsystems bajo la supervisión de Jaap den Toonder. "Tales pruebas no solo ayudarían a brindar a las personas tratamientos oportunos, sino que también informarían a los tomadores de decisiones que luego pueden imponer medidas de contención locales. Y tales pruebas no son solo para COVID-19, en el futuro, podrían usarse para detectar otras infecciones virales ".

Dispositivos de laboratorio en chip

Muchos dispositivos de prueba nuevos e innovadores se basan en tecnologías de laboratorio en chip. Estos dispositivos tienen numerosas ventajas, como una amplia gama de aplicabilidad, talla pequeña, y capacidades de análisis rápido. En estos dispositivos, una muestra (como sangre), que necesita ser probado para una molécula diana (como un anticuerpo que indica la presencia de un virus), se mezcla con un líquido que contiene moléculas de detección que pueden unirse a la molécula diana. Si el objetivo está presente, la unión con la molécula de detección genera una señal como la luz.

"El proceso de vinculación en estos dispositivos debe ser rápido y preciso, y esto se puede lograr asegurándose de que las moléculas de detección se mezclen completamente con la muestra de prueba lo antes posible, "dice Shanko, quien también ganó FameLab TU / e 2020 donde habló sobre su Ph.D. investigar. "Las dimensiones muy pequeñas de las tecnologías de laboratorio en chip permiten la mezcla solo por difusión molecular, el movimiento inherente de las moléculas dentro de un fluido debido a las diferencias de temperatura y concentración. Sin embargo, este es un proceso que requiere mucho tiempo ".

Enjambre

Los efectos nocivos de la difusión molecular lenta pueden anularse parcialmente utilizando métodos pasivos o activos. Para el primero, las estructuras geométricas están incluidas en el dispositivo de prueba, mientras que en el último, Fuerzas externas, como fuerzas magnéticas, se puede utilizar para cambiar el caudal de forma controlada. Estos últimos han sido estudiados para producir capacidades de mezcla altas y controladas a un costo relativamente bajo.

En su investigación, Shanko recurrió a las fuerzas magnéticas para acelerar la difusión molecular, y, a su vez, acelera el proceso de detección al aumentar las posibilidades de que se produzcan eventos de unión a moléculas de detección del objetivo. "La mezcla de partículas magnéticas (o microperlas) con las muestras de prueba y las moléculas de detección tiene numerosas ventajas. Podemos controlar el movimiento de estas partículas mediante campos magnéticos externos, y lo que es más importante, estas partículas no obstaculizan el rendimiento de la detección ".

La fuerza y ​​la frecuencia del campo magnético externo juega un papel clave en dictar cómo se mueven las microperlas en el fluido. que a su vez afecta la mezcla. "Hay un 'punto óptimo' para los parámetros que controlan el campo magnético donde las microperlas se mueven en patrones como los que se ven en el enjambre de aves. La mezcla de las perlas con la muestra de prueba conduce a una unión más rápida entre los objetivos y las moléculas de detección, y un resultado de prueba más rápido ".

Sobre hongos y microflaps

El enjambre de microperlas es un ejemplo de mezcla dinámica, pero Shanko también buscó alternativas para generar mezclas dinámicas, donde las perlas magnéticas están controladas por estructuras magnéticas estáticas externas en forma de hongo para ayudar a inducir esta mezcla. Es científicamente muy interesante ver cómo se comportan las perlas magnéticas y observar la cinética de los fluidos que, Sucesivamente, porque. "Aunque las estructuras en forma de hongo pueden generar velocidades de fluido muy altas que podrían inducir una mezcla eficiente, terminaron afectando negativamente el proceso de mezcla en general ".

Finalmente, Shanko observó la inclusión de solapas magnéticas unidas a la base de dispositivos de laboratorio en chip que se controlaban mediante el campo magnético externo. "Las microflaps mejoran la mezcla de las moléculas de detección en la muestra, pero se requieren más experimentos para comprender mejor su efecto ".

Pensando en las aplicaciones y el futuro

Con COVID-19 todavía agarrando firmemente al mundo, Se necesitarán pruebas de diagnóstico precisas para el virus durante algún tiempo. "La pandemia nos ha demostrado que se necesitan pruebas de diagnóstico rápidas y eficaces. Mi investigación muestra que la detección de moléculas de anticuerpos en dispositivos de laboratorio en chip podría acelerarse mediante el uso de microperlas magnéticas y campos magnéticos externos. Esta tecnología es necesarios para el futuro para ayudarnos a monitorear mejor la presencia y propagación de brotes en el futuro ".

Para este ganador de FameLab TU / e, el siguiente paso es el desarrollo de su diagnóstico inicial. Shanko:"Estoy muy contento con el resultado de mi investigación de doctorado, que se está traduciendo en varios artículos científicos. Es genial ver que la micromezcla de perlas magnéticas tiene el potencial para diagnósticos rápidos y de alta precisión. Aunque mi Ph. D. está llegando a su fin, mi amor por los diagnósticos es solo el comienzo ".