211service.com
Een draagbare DNA-detector
Een nieuwe draagbare DNA-analysator voert realtime analyse uit van bloedmonsters die zijn achtergelaten op de plaats van een misdrijf. Onderzoekers van de University of California, Berkeley, ontwikkelden het apparaat, dat microfluïdica, elektronica, optica en chemische detectietechnologie verpakt in een enkele eenheid ter grootte van een koffertje. Terwijl eerdere groepen lab-on-a-chip-systemen hebben ontwikkeld, is geen van hen erin geslaagd een volledig draagbaar, robuust systeem te maken dat ter plaatse kan worden gebruikt, zegt teamleider Richard Mathies .
CSI op locatie: Nadat er een bloedmonster is afgenomen van de plaats delict, kan dit apparaat ter grootte van een aktetas worden gebruikt om het DNA in zes uur of minder te extraheren en te analyseren.
Het nieuwe apparaat kan worden gebruikt voor korte tandemherhalingsanalyse (STR), een techniek die sinds de eerste toepassing in 1991 routine is geworden in modern forensisch werk, maar die normaal gesproken in het laboratorium plaatsvindt. De onderzoekers voerden realtime STR-profilering uit op een nep-plaats delict die was opgezet door het Sheriff's Office van Palm Beach County (FL). Bloedvlekmonsters werden verzameld en DNA-extractie en -analyse werden binnen zes uur op de plaats delict uitgevoerd.
De onderzoekers benadrukken echter dat hoewel hun systeem zeer betrouwbaar is, het nog niet commercieel beschikbaar is en alleen kan worden gebruikt om voorlopig bewijs te leveren voor politieonderzoeken. Het voordeel is dat de politie nu vrijwel direct kan weten wie de meest waarschijnlijke crimineel is, legt Mathies uit. Dit stelt hen in staat om de persoon te vinden en cruciaal bewijsmateriaal te krijgen voordat hij of zij de regio verlaat of bewijsmateriaal vernietigt.
Mathies is de uitvinder van capillaire elektroforese-arrays en fluorescerende kleurstoflabels voor energieoverdracht - twee technologieën die veel worden gebruikt in moderne DNA-sequencers. Deze technologieën combineren geminiaturiseerde chemische en biochemische analyse met hooggevoelige fluorescentiedetectie.
Nadat een monster is verkregen op de plaats van een misdrijf, worden DNA-strengen versterkt en gescheiden om een handtekening te detecteren. In het apparaat wordt een DNA-fragment gerepliceerd in een 160-nanoliter polymerasekettingreactie (PCR)-reactor gekoppeld aan een on-chip verwarming en temperatuursensor. Het biologische monster en de PCR-reagentia worden gedurende een bepaalde tijd aan drie verschillende temperaturen blootgesteld en een zeven centimeter lang scheidingskanaal wordt gebruikt voor het analyseren van DNA door capillaire elektroforese. Met het apparaat slaagden de onderzoekers erin om in slechts tweeënhalf uur reproduceerbare STR-profielen van DNA-monsters te maken.
De detector meet 30 bij 25 bij 10 centimeter en weegt 10 kilogram. Hij verbruikt 20 watt stroom, die kan worden geleverd door een auto-accu. Zo kan hij gemakkelijk in een koffer worden meegenomen en als vliegbagage worden ingecheckt, zegt teamlid Peng Liu.
Een van de grootste uitdagingen bij het ontwerpen van een draagbaar apparaat voor DNA-sequentiebepaling is het controleren van de stroom van monsters door het systeem. Om dit probleem op te lossen, bouwden Mathies en collega's een meerlaagse plastic chip met een ingewikkeld systeem van geëtste kanalen. Dit systeem is gefabriceerd met dezelfde technieken die worden gebruikt om computerchips te maken.
De meeste Amerikaanse staten verzamelen nu bij arrestatie DNA-monsters van verdachten. Dus de mogelijkheid om snel steekproeven van plaats delict te matchen met gegevens uit deze database zou de identificatie van criminelen drastisch kunnen versnellen, zegt Mathies.
Het Berkeley-team is van plan de gevoeligheid en doorvoer van het apparaat te verbeteren door andere analytische stappen te integreren, zoals opschonen na de PCR. Door meer eenheden te integreren, wordt het mogelijk om meerdere DNA-monsters tegelijkertijd te analyseren, legt Liu uit. Het apparaat zou binnen drie tot vijf jaar op de markt kunnen verschijnen, zeggen de onderzoekers.
Een van de belemmeringen voor de ontwikkeling van lab-on-a-chip-technologie is systeem- en procesintegratie, en het is dit aspect van het nieuwe werk dat echt opwindend is, zegt Stephen Haswell van de Universiteit van Hull, VK, die ook werkt aan DNA-matching op de plaats delict. Het werk is een belangrijke ontwikkeling voor zowel de forensische gemeenschap als degenen die ernaar streven om echt lab-on-a-chip-technologie te ontwikkelen.