211service.com
Apparaat biedt een drugstest langs de weg
Later dit jaar zal Philips een handheld elektronisch apparaat introduceren dat magnetische nanodeeltjes gebruikt om te screenen op vijf belangrijke recreatieve drugs.
Snelle oplossing: De drugstester van Philips maakt gebruik van een cartridge met magnetische nanodeeltjes en een handheld-analysator. Gefrustreerde totale interne reflectie (FTIR) wordt gebruikt om vijf belangrijke recreatieve drugs in 90 seconden te detecteren.
Het apparaat is bedoeld voor gebruik langs de weg door wetshandhavingsinstanties en bevat een plastic wegwerppatroon en een draagbare analysator. De cartridge bestaat uit twee componenten: een monsterverzamelaar voor het verzamelen van speeksel en een meetkamer met magnetische nanodeeltjes. De deeltjes zijn bedekt met liganden die binden aan een van de vijf verschillende drugsgroepen: cocaïne, heroïne, cannabis, amfetamine en methamfetamine.
Philips begon in 2001 de mogelijkheid te onderzoeken om een magnetische biodetector te bouwen, twee jaar nadat een team van onderzoekers van het Naval Research Laboratory (NRL) in Washington, DC, voor het eerst magnetische sensoren gebruikte die vergelijkbaar zijn met die welke in harde schijven worden gebruikt om bepaalde biologische oorlogsmiddelen op te sporen. . De NRL-wetenschappers labelden biologische moleculen die waren ontworpen om te binden aan doelwitmiddelen met magnetische microkralen, en scanden vervolgens optisch en magnetisch op de getagde doelen. De laatste benadering maakte gebruik van dezelfde gigantische magnetoresistente (GMR) sensoren die de bits op de harde schijf van een iPod lezen. Ze ontwikkelden snel een prototype ter grootte van een schoenendoos dat gifstoffen kon detecteren, waaronder ricine en miltvuur.
Philips ontwikkelde aanvankelijk zowel een GMR-sensor als een optische sensor die gebaseerd is op gefrustreerde totale interne reflectie (FTIR), hetzelfde fenomeen dat ten grondslag ligt aan vingerafdrukscanners en multitouch-schermen. Het bedrijf besloot de FTIR-route te volgen om zijn expertise in het bouwen van optische sensoren voor consumentenelektronica te benutten, zegt Jeroen Nieuwenhuis, technisch directeur van Philips Handheld Immunoassays, de afdeling die verantwoordelijk is voor de commercialisering van de biosensortechnologie, die de handelsnaam Magnotech draagt. .
Door over te stappen op een optische detectiemethode, kon Philips ook de testcartridges die het apparaat gebruikt vereenvoudigen, waardoor ze gemakkelijker in massa kunnen worden geproduceerd, zegt Nieuwenhuis. Met het huidige op FTIR gebaseerde systeem kunnen we eenvoudiger cartridges in grotere hoeveelheden gemakkelijker maken, voegt hij eraan toe.
Zodra de monsterverzamelaar van het apparaat voldoende speeksel heeft opgenomen, verandert het automatisch van kleur en kan het vervolgens in de meetkamer worden geklikt, waar het speeksel en de nanodeeltjes zich vermengen. Een elektromagneet versnelt de nanodeeltjes naar het sensoroppervlak, waarvan verschillende delen zijn voorbehandeld met een van de vijf doelwit-medicijnmoleculen. Als er sporen van een van de vijf medicijnen in het monster aanwezig zijn, zullen de nanodeeltjes eraan binden. Als het monster geneesmiddelvrij is, zullen de nanodeeltjes zich in plaats daarvan binden aan het met geneesmiddel beklede sensoroppervlak.
De oriëntatie van het magnetische veld dat de nanodeeltjes voor het eerst naar de sensor trok, wordt vervolgens omgekeerd, waarbij alle nano-gelabelde medicijnmoleculen worden weggetrokken die per ongeluk aan het sensoroppervlak zijn blijven kleven, maar legitiem gebonden moleculen op hun plaats laten. Deze laatste magnetische truc belooft te verminderen wat Larry Kricka, een klinisch chemicus aan de Universiteit van Pennsylvania, die onlangs co-auteur was van een artikel in Klinische scheikunde over het gebruik van magnetisme in point-of-care-testen, roept een belangrijke beperking op bij dergelijke tests: het onbedoeld vastleggen van moleculaire labels op het testoppervlak, een belangrijke oorzaak van zowel valse positieven als valse negatieven. Kricka is niet betrokken bij Philips, maar is wel adviseur van T2 Biosciences, een bedrijf uit Cambridge, MA, dat een magnetische biosensor promoot op basis van MRI-technologie.
Tijdens de analysefase wordt een lichtstraal weerkaatst door de sensor. Alle nanodeeltjes die aan het oppervlak zijn gebonden, zullen de brekingsindex veranderen, waardoor de intensiteit van het gereflecteerde licht verandert en de concentratie van medicijnen in het monster wordt aangegeven. Door verschillende medicijnmoleculen op verschillende delen van het sensoroppervlak te immobiliseren, kan de analysator de betreffende medicijnsporen identificeren. Een elektronisch scherm geeft instructies weer en een eenvoudige kleurgecodeerde uitlezing van de resultaten.
De test duurt minder dan 90 seconden en kan drugs detecteren in concentraties gemeten in delen per miljard met behulp van een enkele microliter speeksel. De sensor is in staat tot een nog grotere gevoeligheid: hij is gebruikt om cardiale troponine, een veelgebruikte indicator van een hartaanval, te detecteren in concentraties die 1000 keer lager zijn.
Philips is van plan om uiteindelijk de zorgmarkt te betreden. Het werkt aan een platform dat zowel bloed als speeksel kan testen en zoekt partners die kunnen helpen het testmenu uit te breiden door het te voorzien van aanvullende biomarkers.
Andere onderzoekers hebben experimentele apparaten gebouwd om een breed scala aan biomoleculen magnetisch te detecteren in minuscule bloed- of speekselmonsters in extreem lage concentraties. Vaak gaat het om het gebruik van microfluïdische of magnetische krachten om de magnetisch gelabelde moleculen snel door scanners te loodsen - hoewel een groep aan de Universiteit van Utah zelfs een prototype heeft gebouwd waarin een met monsters beladen stick over een GMR-sensor wordt geveegd, zoals een creditcard via een lezer.
De combinatie van hoge gevoeligheid, lage monstervolumes, miniaturisatie, snelheid en gebruiksgemak heeft de hoop gewekt voor een draagbare biosensor die geavanceerde tests met hoge nauwkeurigheid zou kunnen uitvoeren.
Iedereen probeert er te komen, zegt Kricka. De vraag is wie er gaat winnen? Nu Philips tegen het einde van het jaar zijn drugstester in Europa zal introduceren in samenwerking met het Britse diagnosebedrijf Cozart, lijkt de fabrikant van consumentenelektronica klaar te zijn om de prijs in ontvangst te nemen.