Instytut Chemii Fizycznej

   Polskiej Akademii Nauk

 

adres:       ul. Kasprzaka 44/52 

                01-224 Warszawa

 

tel.:          +48 22 3432000

fax/tel.:     +48 22 3433333, 6325276

 

email:        ichf@ichf.edu.pl

WWW:      http://www.ichf.edu.pl/

 

 

 

 

Warszawa, 8 czerwca 2011

 

 

 

Wędrujące mikrokrople zbierają wirusy i bakterie

 

 

            Ledwie widoczna kropla, sterowana polem elektrycznym, przemieszcza się

            po odpowiednio przygotowanej powierzchni i zgarnia osadzone na niej wirusy,

            bakterie i cząsteczki białek. Tak wygląda nowatorska metoda gromadzenia

            biopróbek, po raz pierwszy z powodzeniem przetestowana przez zespół   naukowców z Instytutu Chemii Fizycznej PAN oraz francuskich Institut

            d'Electronique, de Microélectronique et de Nanotechnologie i Institut de Recherche

            Interdisciplinaire. Wyniki testów wpłyną na rozwój mikroukładów do analiz

            chemicznych, zwłaszcza przeznaczonych do badania biozanieczyszczeń

            zawartych w powietrzu.

 

 

Przyszłością chemii są miniaturowe urządzenia służące do prowadzenia reakcji i analiz chemicznych. Budowa układów tego typu, popularnie nazywanych "laboratoriami na czipach" (lab on chip), stawia przed konstruktorami poważne wyzwania. "Można zrobić świetny mikroukład do analiz, ale żeby pracował, trzeba mu jeszcze w odpowiedni sposób przygotować próbkę", mówi dr Martin Jönsson-Niedziółka z IChF PAN i dodaje: "Przypuśćmy, że na pewnej powierzchni znajdują się wirusy i bakterie. Gdybyśmy spróbowali tę powierzchnię zwyczajnie przemyć wodą, a następnie jej kroplę wprowadzić do mikroanalizatora, efekt byłby kiepski. Po prostu stężenie zanieczyszczeń w próbce okaże się za małe".

 

Aby zapewnić jak największe stężenie biozanieczyszczeń, lepiej użyć niewielkiej kropli wody, objętości zaledwie mikrolitra. Kroplę taką wprowadza się między dwie płytki: dolną, na której wcześniej elektrostatycznie osadzono zanieczyszczenia, oraz górną, pokrytą układem małych elektrod i warstwą izolatora (zabezpiecza on przed przepływem prądu przez kroplę, co mogłoby prowadzić do elektrolizy). Wykorzystując zjawisko zwane elektrozwilżaniem i odpowiednio przykładając napięcie, kroplę można precyzyjnie przesuwać po powierzchni i w ten sposób zebrać biozanieczyszczenia z całej płytki. Dodatkową zaletą metody jest fakt, że pobrana próbka znajduje się od razu w stanie ciekłym, wymaganym przez wiele metod pomiarowych. Co więcej, ponieważ ruch mikrokropli jest łatwy do kontrolowania, znika problem z dostarczaniem próbki do dalszych podzespołów "laboratorium na czipie". 

 

Układy z mikrokroplami są budowane i testowane od kilku lat. Wątpliwości grupy naukowców z Instytutu Chemii Fizycznej PAN (dr Martin Jönsson-Niedziółka) oraz francuskich Institut d'Electronique, de Microélectronique et de Nanotechnologie (dr Vincent Thomy) i Institut de Recherche Interdisciplinaire (dr Rabah Boukherroub) budził fakt, że wszystkie wcześniejsze publikacje o mikrokroplach opisywały proces zbierania z powierzchni kuleczek lateksowych. Drobiny te stosuje się, ponieważ są łatwo dostępne w różnych rozmiarach i bezpieczne podczas testów. Nie było jasne, czy mikrokrople będą równie efektywnie zbierały rzeczywiste biozanieczyszczenia, takie jak przetrwalniki bakterii czy wirusy.

W badaniach użyto mikrourządzenia zbudowanego przez grupę francuską. Do prób wykorzystano nieaktywny bakteriofag (wirus atakujący bakterie) MS2, przetrwalniki (spory) bakterii Bacillus atrophaeus oraz cząsteczki białek OA (albumina jaja kurzego). Biopróbki osadzono na dwóch różnych powierzchniach. Jedną z nich była powierzchnia hydrofobowa, pokryta substancją przypominającą teflon. Druga została zbudowana z nanodrutów długości mikrometra, a jej właściwości hydrofobowe były zbliżone do tych, z których słyną liście lotosu. Powierzchni tego typu - superhydrofobowej - nie badano dotychczas w żadnych mikroukładach wykorzystujących zjawisko elektrozwilżania.

 

W doświadczeniach przeprowadzonych z wirusami rodzaj powierzchni, na której się znajdowały, nie wpływał w istotny sposób na efektywność czyszczenia mikrokroplami. Wynosiła ona 98-99% i była nawet większa do typowej dla drobin lateksowych (92-93%). Inaczej sytuacja wyglądała dla sporów i cząsteczek białek. Wysoki procent oczyszczenia powierzchni stwierdzono dla nich tylko na powierzchni superhydrofobowej (odpowiednio 99 i 92%), podczas gdy na powierzchni hydrofobowej wartości były wyraŸnie niższe (46% i 71%).

 

Opublikowane w prestiżowym czasopiśmie "Lab on a Chip" wyniki pokazują, że efektywność oczyszczania powierzchni mikrokroplami silnie zależy zarówno od rodzaju zbieranych drobin, jak i od własności hydrofobowych samych powierzchni. "Każdy, kto za pomocą mikrokropel chce efektywnie zbierać biopróbki różnych typów, powinien stosować powierzchnie superhydrofobowe", podsumowuje dr Jönsson-Niedziółka.

 

Instytut Chemii Fizycznej Polskiej Akademii Nauk (http://www.ichf.edu.pl/) został powołany w 1955 roku jako jeden z pierwszych instytutów chemicznych PAN. Profil naukowy Instytutu jest silnie powiązany z najnowszymi światowymi kierunkami rozwoju chemii fizycznej i fizyki chemicznej. Badania naukowe są prowadzone w 9 zakładach naukowych. Działający w ramach Instytutu Zakład Doświadczalny CHEMIPAN wdraża, produkuje i komercjalizuje specjalistyczne związki chemiczne do zastosowań m.in. w rolnictwie

i farmacji. Instytut publikuje około 200 oryginalnych prac badawczych rocznie.

 

 

 

KONTAKTY DO NAUKOWCÓW:

 

                dr Martin Jönsson-Niedziółka

                Instytut Chemii Fizycznej Polskiej Akademii Nauk

                tel. +48 22 3433130

                email: martinj@ichf.edu.pl

 

 

 

POWIĄZANE STRONY WWW:

 

                http://www.ichf.edu.pl/

                Strona Instytutu Chemii Fizycznej Polskiej Akademii Nauk.

 

                http://www.ichf.edu.pl/press/

                Serwis prasowy Instytutu Chemii Fizycznej PAN.

 

 

 

MATERIAŁY GRAFICZNE:

 

IChF110608b_fot01s.jpg                                    HR: http://ichf.edu.pl/press/2011/06/IChF110608b_fot01.jpg

Dr Martin Jönsson-Niedziółka z Instytutu Chemii Fizycznej PAN zajmuje się metodami oczyszczania powierzchni z biozanieczyszczeń za pomocą mikrokropel sterowanych polem elektrycznym. (Źródło: IChF PAN/Grzegorz Krzyżewski)

 

IChF110608b_fot02s.jpg                                    HR: http://ichf.edu.pl/press/2011/06/IChF110608b_fot02.jpg

Ruch mikrokropli (niebieski) na powierzchni superhydrofobowej pod wpływem napięcia 60 V, zdjęcia z góry i z boku. Każda elektroda (zielony) miała powierzchnię 2 mm2. Kolory sztuczne. (Źródło: IChF PAN)

 

IChF110608b_fot03s.jpg                                    HR: http://ichf.edu.pl/press/2011/06/IChF110608b_fot03.jpg

Wygląd powierzchni przed oczyszczeniem (po lewej) i po oczyszczeniu (po prawej) z biozanieczyszczeń za pomocą mikrokropli sterowanej polem elektrycznym. Zdjęcie z mikroskopu fluorescencyjnego. (Źródło: IChF PAN)