Montréal Politeknik ’ten Profesor Thomas Gervais ve oğrencileri Pierre-Alexandre Goyette ve Étienne Boulais; McGill Universitesi ’nden Profesor David Juncker ’ın yonettiği ekiple ortaklaşa calışarak antikorlar tarafından protein tespitini otomatik hale getirmeyi amaclayan yeni bir mikroakışkan prosesi geliştirdiler.
Nature Communications ’da yayımlanan bu calışma; kanser konusundaki laboratuvar araştırmalarını hızlandırmak icin, biyolojik laboratuvarlardaki tarama işlemi ve molekul analizini yeni nesil taşınabilir bir cihaz haline getirmenin yollarını acıyor.
Mikroakışkanlar mikro duzeydeki aygıtlar icinde akışkanları manipule ederler. Bunlara genelde “cip-ustu laboratuvar” (Labs on a chip) denmektedir. Bu mikroakışkanlar cok kucuk olcekli kimyasal ve biyolojik ornekleri incelemek ve analiz etmek icin kullanılan ve cok pahalı olan eski geleneksel yontemlere alternatif olarak kullanılan bir enstrumandır. MIT Teknoloji Dergisi tarafından 2001 yılında “Dunyayı Değiştirecek 10 Gelişen Teknoloji” arasında yer alan mikroakışkanlar, Politeknik ve McGill ’den gelen araştırmacılar tarafından yapılan keşif ile kokten değiştiriliyor.
Geleneksel kapalı kanal mikrakışkanlar yerine bu proseste Mikrakışkan Multipol (MFM) kullanılıyor ve 100 mikrondan kucuk bir alandaki mikroacıklığa doğru eş zamanlı olarak emme ve asprisayon yapılabiliyor. Ve bu surec sırasında birbirleriyle temas eden akışkan jetler kimyasal olarak boyanarak bir tur gorulebilen desenler elde ediliyor.
Profesor Gervais ekliyor:
“MFM ’leri modellemek icin guvenilir yontem uzerine calışırken oncelikle bu desenleri anlamak istedik.”
M. C. ESCHER ’i Andıran Gorsel Simetrinin Zerafeti
Bu desenleri anlamak icin Profesor Gervais ’in ekibi yeni bir matematiksel model geliştirmek zorunda kaldı. Bu model, kompleks geometrileri basit modellere indirgeyerek cozum arayan ve “conformal mapping” olarak bilinen matematiksel modele dayanıyordu.
Bunun icin gorevlendirilen doktora oğrencisi Étienne Boulais once yalnızca iki mikro acıklığa sahip olan bir MFM icin mikrojet carpışmalarını modelledi. Daha sonra bu temel cozumu kullanarak coklu mikro acıklıklara sahip MFM ’ler icin tahminde bulundu.
Étienne bunu şu şekilde acıklıyor:
“Elinizde bir satranc olduğunu duşunun. Sonra kuralları bozmadan geometriyi eğip bukerek once 4 oyunculu sonra 6 ve en son 8 oyunculu yeni versiyonlar turettiğinizi duşunun”.
Gorsel sanatlara tutkusu olan genc araştırmacı; “Uygun haritalamaya tabi tutulduğuda mikro jet carpışmalarının yarattığı desenler Hollandalı sanatcı M. Es Escher ’in resimlerini andıran simetrik goruntuler oluşturuyor” diye de ekliyor.
Ancak şuphesiz estetik cekiciliğinin otesinde bu matematiksel model, molekullerin akışkanlar icinde hareket hızını tanımamıza izin veriyor ve 12 kutuplu tum olası sistemler icin cok ceşitli akış ve difuzyon duzenleri oluşturacak konfigurasyonları tanımlıyor. Bu sayede şimdiye dek yalnızca deneme yanılma yontemiyle keşfedilen mikro akışkan testlerin artık otomatikleştirilmesi mumkun.
3D Yazıcı İle Aygıt Geliştirmek
MFM aygıtlarının dizayn ve uretiminin tamamı Pierre-Alexandre Goyette ’in sorumluluğuda tamamlanmış. Duşuk maliyetli recine kullanan bir 3D yazıcı ile yapılmış kucuk bir prob ve sisteme bağlanan bir pompa ve enjektor…
Biyomedikal muhendislikte doktorasını yapan araştırmacı, bu calışma ile Profesor Juncker ’ın ekibinin uzmanlığında bir yuzeyde hareketsiz kalmış antikorları kullanarak proteinlerin tespit edilebilmesi icinse “biyolojik surecleri yonetmek adına paha bicilemez” diyor. “Testlerle elde edilen sonuclar, meslektaşım Étienne tarafından geliştirilen modeli doğruladı”.
Bu basit cihaz sayesinde biyologlar artık numuneleri incelerken aynı anda birden cok reaktif kullanabilecekler ve boylece bazen gunler suren testler birkac saate belki de birkac dakikaya duşecek. Ek olarak bu tekniğin DNA ve immunoloji araştırmalarında da kullanılabileceği acıklandı.
Mikroakışkan bir ekran mı geliyor?
Profesor Gervais ’in ekibi bir sonraki adımlarını acıklıyor. Kimyasal bir goruntu sergilen yeni nesil bir ekran geliştirmek…
“Sıvı kristal ekranların bir tur kimyasal eşdeğeri olurdu diyor” ve ekliyor “Elektronları bir ekran boyunca hareket ettirdiğimiz gibi bir yuzeyle reaksiyona girecek ceşitli konsantasyonlarda akışkan mikro jetleri gonderebiliriz. Birlikte bir goruntu oluştururlar. Bu konuda ilerlemek icin cok heyecanlıyız, şimdilik gecici bir patent aldık”.
Tanı Prosedurlerinin Yeniden Keşfi ve Tıbbi Tedavi Takibi
Bu calışma şimdilik yalnızca araştırma pazarına yonelik. Profesor Gervais “Prosesimiz hucreleri aynı anda birden cok reaktife maruz bırakmayı mumkun kılıyor” diyor. “Boylece biyologlar proteinler ve reaktifler arasındaki etkileşimi buyuk olcude incelemelerine imkan tanıyor. Bu teknikle testler sırasında elde edilen verilen miktarı ve kalitesi artacak”.
Ardından ilac pazarındaki otomasyon sistemiyle entegre edilmesi duşunulen yontem, son olarak hasta hucre kulturleri uzerinde yapılan denemelerde ilac verimini tespit etmek icin kullanılabilecek.