DNA-Sequenzierung in Minutenschnelle mit dieser neuen Technologie
DNA-Sequenzierung in Minutenschnelle mit dieser neuen Technologie
Anonim

Wissenschaft ist ein langsamer Prozess. Es dauerte 18 Jahre, um Pluto zu erreichen. Wir haben unser Gehirn seit Jahrtausenden und wir haben immer noch nicht alle Geheimnisse gelüftet. Wir wissen immer noch nicht, warum Quacksalber nicht widerhallen. Wenn also eine neue Technologie auf den Markt kommt, die die Dinge billiger, schneller und tragbarer macht, springen Wissenschaftler sofort darauf ein.

Die fragliche neue Technologie erweitert die klinischen und Forschungsanwendungen des Polymerase-Kettenreaktionstests (PCR) erheblich. Es beschleunigt den Aufheiz- und Abkühlprozess genetischer Proben durch den Schalter eines Lichts. Es wird als thermisch geladenes Zyklen bezeichnet und zeigt Ergebnisse für einen Prozess, der früher Stunden in Minuten gedauert hat.

"PCR ist leistungsstark und wird in vielen Bereichen weit verbreitet verwendet, aber bestehende PCR-Systeme sind relativ langsam", sagte der leitende Autor der Studie, Luke Lee, Professor für Bioingenieurwesen an der UC Berkeley, wo die Studie stattfand. „Dies wird normalerweise in einem Labor durchgeführt, da die für diesen Test verwendete herkömmliche Heizung viel Strom benötigt und teuer ist. Da jeder Test eine Stunde oder länger dauert, ist sie für die Point-of-Care-Diagnostik nicht praktikabel. Unser System kann innerhalb von Minuten Ergebnisse generieren."

Der PCR-Test amplifiziert eine einzelne Kopie einer DNA-Sequenz, um Millionen von Kopien herzustellen, die zur Früherkennung von Erbkrankheiten und Infektionskrankheiten sowie zur Analyse alter DNA-Proben von Dingen wie Mammuts und Mumien verwendet werden. Es ist zu einem wichtigen Bestandteil genomischer Anwendungen geworden und erhielt 1993 den Friedensnobelpreis für Chemie für seine Erfinder Kary Mullis und Michael Smith.

Die Verlangsamung von PCR-Tests kommt vom Erhitzen und Abkühlen der DNA-Lösung. Der Test erfordert durchschnittlich 30 Thermozyklen bei drei verschiedenen Temperaturen, um die genetische Sequenz zu amplifizieren. Mit jedem Heiz-/Kühlzyklus wird die DNA-Sequenz verdoppelt. Um dem Erwärmungs-/Abkühlungsprozess entgegenzuwirken, nutzten die Forscher die Wechselwirkungen zwischen Licht und freien Elektronen auf einer Metalloberfläche, die sogenannte Plasmonik. Wenn sie Licht ausgesetzt wurden, oszillierten die freien Elektronen, wodurch Wärme erzeugt wurde. Wenn das Licht ausgeschaltet wird, hören die Elektronen auf zu schwingen und kühlen ab.

Mithilfe von LEDs erhitzten die Forscher dünne Goldfilme, die auf einem Plastikchip mit Mikrofluidik-Wells aufgebracht waren, um die PCR-Mischung mit der DNA-Probe zu halten. Sie konnten 30 Mal in weniger als fünf Minuten zwischen 131 Grad und 203 Grad Fahrenheit radeln.

„Dieses photonische PCR-System ist schnell, empfindlich und kostengünstig“, sagte Lee. „Sie lässt sich in einen ultraschnellen Genom-Diagnosechip integrieren, den wir für den praktischen Einsatz im Feld entwickeln. Da diese Technologie Point-of-Care-Ergebnisse liefert, können wir sie in den unterschiedlichsten Settings einsetzen, vom ländlichen Afrika bis hin zu a Krankenhaus Notaufnahme."

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