12.10.2008
Nordling et al. Giant Magnetoresistance Sensors. 1. Internally Calibrated Readout of Scanned Magnetic Arrays. Analytical Chemistry, November 2008 DOI: 10.1021/ac8009577
Millen et al. Giant Magenetoresistive Sensors. 2. Detection of Biorecognition Events at Self-Referencing and Magnetically Tagged Arrays. Analytical Chemistry, November 2008; DOI: 10.1021/ac800967t
На рисунке: Новый электронный «считыватель», который ставит диагноз пациенту по небольшому количеству слюны, мочи или крови. (Credit: American Chemical Society)
Ученые из университета Юты создали прототип прибора, который может одновременно диагностировать десятки или даже сотни болезней по капле слюны, крови или мочи, считывая как с кредитной карты информацию о пациенте. В основе технологии – явление гигантской магнитной резистивности (GMR), которое используется и для считывания данных в жестких дисках компьютеров и в цифровых музыкальных плейерах.
«Вы знаете, как быстро работают ваши компьютеры, представьте, что также быстро можно проверить ваше здоровье», - говорит Марк Портер (Marc Porter), профессор из университета Юты, один из авторов двух работ, опубликованных в журнале «Analytical Chemistry» Американского химического общества.
Действительно, состояние вашего здоровья можно проверить за минуту, а не часы и даже дни, достаточно поместить на специальную карту образец крови, мочи или слюны, рассказывает соавтор Майкл Грэнджер (Michael Granger). Вместе с коллегами из Айовы (Iowa State University in Ames) и Миннесоты (NVE Corp.) ученые создали прототип прибора, состоящий из GMR «считывающей головки» и карты или полоски из пирекса (боросиликатного термостойкого стекла), на которой и помещают образцы. Сейчас размеры прибора не превышают размеров персонального компьютера, но в будущем он будет напоминать устройство для чтения кредитных карточек. Уже через два года, считает Портер, будет создан вариант прибора для тестирования домашних животных, а через лет пять и для медицинских исследований в поликлиниках.
Устройство сможет проверять наличие, например, в грунтовых водах, E. coli, чумы, оспы и других опасных вирусов, а также загрязнение воздуха токсинами или ядовитыми веществами. Причем, прибор будет не очень дорогим, обещают разработчики, и приобрести его смогут не только маленькие диагностические лаборатории, но и ваш домашний врач. Он сможет выполнять до 1900 различных анализов, хотя обычно пациенту надо провести около десяти исследований. Тем не менее, вы сможете проверить сотни белков или других составов в организме пациента, подчеркивает ученый.
Быстродействие нового прибора и возможность исследования большого количества заболеваний обусловлены использованием явления гигантской магнитной резистивности. Сопротивление некоторых многослойных материалов в магнитном поле значительно вырастает. За независимое открытие этого эффекта в 1988 году Альберт Ферт и Питер Грюнберг получили в 2007 году Нобелевскую премию по физике. На основе этого явления можно изготавливать ультрачувствительные датчики магнитного поля, объясняет Портер.
Считывающее устройство ученых состоит из четырех GMR-приборов: двух датчиков для определения изменений магнитных полей образцов и двух «опорных элементов», позволяющих различать, как на магнитные измерения влияют изменения температуры, а не присутствие индикаторов болезней в медицинских образцах.
Во время первых экспериментов ученые для калибровки использовали не кровь, а крошки пермаллоя (сплава из железа и никеля), магнитные свойства которого легко определяются с помощью GMR-датчиков. Затем они взяли для исследований микроскопические крупинки золота, покрытые биотином (витамин B-7). Золото не обладает магнитными свойствами, но когда крошечные капли магнитных частиц, покрытые стрептавидином (белком, который имеет высокое сродство с биотином), соединяются с ним, то GMR-датчики сразу их определяют. Ученые повторяли эксперимент сотни раз с разной концентрацией магнитных бусинок, соединенных с биологической субстанцией.
«Мы смогли обнаружить 800 магнитных частиц. Дальнейшее совершенствование позволит нам определять отдельные частицы», - объясняет Портер.
Ученые из Юты приводят несколько примеров использования таких GMR-датчиков. Например, современные исследования простат-специфического антигена PSA – индикатора возможного рака простаты – связаны в основном с поиском только «свободной» формы PSA. Новый датчик позволит проверять образцы крови на многочисленные формы PSA и определять их количество, таким образом, окажется более надежным диагностическим средством. Тот же подход можно использовать, чтобы выявить у пациента наличие других раковых или сердечных заболеваний, объясняет Грэнджер. Быстрая проверка на наличие генитального или орального герпеса позволит сократить количество кесаревых сечений. (Их назначают, если у матери подозревают герпес, чтобы избежать переноса инфекции на новорожденного). Кроме того, такие исследования позволят сэкономить значительные средства фермерам, вовремя выявляя различные заболевания животных.
http://www.unews.utah.edu/p/?r=102708-5
