Лаборатория на чипе

Лаборатория на чипе - новая технология в лабораторной диагностике

Достижения в области нанотехнологий привели к разработке миниатюрных устройств, называемых лаборатория на чипе (lab-on-a-chip). В частности, литография позволила создать наноразмерные отпечатки на поверхности металлов и полупроводников. В этой статье рассмотрим потенциальные возможности применения лаборатории на чипе и какие преимущества и недостатки имеет эта новая технология проведения лабораторных анализов.

Что такое лаборатория на чипе

Технология лаборатории на чипе связана с лабораторными анализами, проводимыми в очень небольших масштабах. Эта методика может объединять несколько лабораторных функций на чипе размером от нескольких квадратных миллиметров до квадратных сантиметров. Такой продвинутый способ проведения анализов на чипе помогает добиться высокопроизводительного скрининга и автоматизации.

Преимущества и недостатки лаборатории на чипе

Технология лаборатории на чипе позволяет использовать весьма небольшие объемы жидкости, что помогает сократить стоимость лабораторных анализов за счёт значительного уменьшения количества используемых реагентов. Плюсом использования таких чипов в лаборатории является и получение результатов анализа намного быстрее. Новая технология также позволяет лучше контролировать концентрацию пробы, а также уменьшить количество химических отходов. Лаборатория на чипе является следствием использования нанотехнологий в медицине, которые позволили разработать очень компактные системы для лабораторной диагностики.

Тем не менее, лаборатория на чипе является новой технологией и имеет несколько недостатков. Физические и химические эффекты, такие как шероховатость поверхности, капиллярные силы и химические взаимодействия между материалами, являются более значительными на микроуровне. Этот факт может привести к трудностям во время использования нового способа диагностики, которые не ожидаются при применении традиционного лабораторного оборудования. Принципы обнаружения веществ в лаборатории на чипе не всегда согласуются с динамикой микромасштабов, и это может привести к низкому отношению сигнал / шум, что усложнит получение достоверного и воспроизводимого результата.

Применение лаборатории на чипе

Большая часть исследований по технологии лаборатории на чипе до сих пор была сосредоточена на ее применениях в области лабораторной диагностики, например, использование в местах, которые имеют ограниченный доступ или вообще не имеют доступа к лабораторным помещениям.

До настоящего времени было также изучено несколько возможных приложений новой технологии в науке о жизни и медицине, включая потенциальное использование в исследованиях кристаллизации белка и секвенирования ДНК или РНК. Также был изучен индивидуальный синтез радиоактивно меченных химических соединений для использования в таких методах, как позитронно-эмиссионная томография. Было продемонстрировано, что в экспериментах с лабораторией на чипе можно использовать образцы столь же малого размера, как отдельная клетка.

В ближайшем будущем забор такого количества крови будет считаться ненужным

Инженеры из Rutgers University недавно разработали новое устройство на основе технологии лаборатории на чипе. По словам разработчиков, это устройство может значительно сократить расходы, связанные с лабораторными тестами на такие заболевания, как ВИЧ, сифилис и болезнь Лайма. Новое устройство использует способность систем лаборатории на чипе использовать незначительные количества жидкости для биохимических анализов. Это было бы полезно, поскольку такие анализы обычно требуют больших объемов крови или других образцов и дорогостоящих химических реагентов и, следовательно, являются очень дорогими.

Новое устройство лаборатории на чипе использует технологию микрофлюидики (microfluidics technology) и делает эти лабораторные тесты более доступными для исследователей, а также пациентов.

Этот прорыв может иметь большое значение в осуществлении новых исследований благодаря способности технологии лаборатории на чипе проводить сложные биохимические анализы с использованием только 10 процентов объемов образцов, чем это необходимо для традиционной диагностики. Устройство также автоматизирует большую часть квалифицированной рабочей силы, участвующей в проведении этих экспериментов в лаборатории, обеспечивая при этом точные и чувствительные результаты. Новая технология может открыть больше возможностей для исследований расстройств центральной нервной системы, таких как болезнь Паркинсона, поскольку в настоящее время эти исследования ограничены небольшим объемом спинномозговой жидкости, которую исследователи могут извлечь для проведения традиционных анализов.

Несмотря на большие перспективы нового метода диагностики, очень немногие устройства на основе лаборатории на чипе были успешно произведены, так как существует много проблем, стоящих перед коммерциализацией этой технологии. Поэтому, несмотря на успешную демонстрацию нескольких теоретических моделей и исследования концепции работы устройства, на рынке фактически появилось лишь несколько систем на основе лаборатории на чипе для практического использования.

Ученые считают, что для достижения баланса между продвинутым дизайном и реальными диагностическими возможностями лаборатории  на чипе нужно время и дальнейшие исследования.

 

Источник:

https://www.news-medical.net/life-sciences/What-is-Lab-on-a-Chip.aspx