How to Turn einen Tintenstrahldrucker in einem Bio-Labor (Op-Ed)

Dieser Artikel erschien ursprünglich in The Conversation. Die Publikation beigetragen Artikel Leben Wissenschaft Experten stimmen: Op-Ed & Einblicke.

Wenn Sie zu stoppen und für einen Moment darüber nachdenken, werden Sie feststellen was eine erstaunliche Leistung der Feinmechanik ist Ihr Farbdrucker. Es kann nehmen die Grundfarben – Cyan, gelb, Magenta und schwarz – und mischen sie zusammen vorsichtig genug, um mehr als 1 Million verschiedene Farbtöne und Schattierungen zu erreichen. Nicht nur, sondern die Tropfen der Farbe bloße Nanolitres (Milliardstel Liter) in Volumen, sind die dann auf dem Papier – vorausgesetzt, die nicht eingeklemmt in den Zufuhrbehälter – mit höchster Genauigkeit besser platziert ist.

Jetzt eine Gruppe von unternehmungslustigen Chemiker an der Tsinghua University beuten, Feinmechanik, die normalerweise ergibt hochauflösende Farbdrucke Bildschirm Millionen von verschiedenen chemischen Reaktionen. Ihre Ergebnisse wurden in der Fachzeitschrift Chemical Communications veröffentlicht.

Yifei Zhang und Kollegen habe versucht Reaktionswege in Lebewesen zu verstehen. Eine Kaskade von Reaktionen steuert jeden chemischen Prozess, der in lebenden Organismen vor sich geht. Die Schritte in einer Kaskade werden durch Protein-Moleküle namens Enzyme vermittelt. Jedes Enzym macht eine kleine chemische Veränderung, wie Arbeiter auf einer Fertigungslinie für ein Molekül vor der Übergabe ihrer Produkte auf das nächste Enzym. Auf diese Weise zum Beispiel Pflanzen bauen Zucker aus Kohlendioxid und Ihr Essen wird abgebaut und dann zu anderen nützlichen Chemikalien für Ihren Körper umgebaut.

Das Problem ist, dass diese komplizierte Prozesse von außerhalb einer lebenden Zelle zu rekonstruieren ist schwer zu verstehen. Die Konzentration eines Enzyms im Vergleich zu den nächsten in der Zeile ist der Schlüssel. Geht das schief und Engpässe in der Produktionslinie gebildet werden, wie ein Enzym schneller als das andere arbeitet.

Um herauszufinden, was sind die Voraussetzungen einer lebenden Zelle Funktionsweise zu replizieren, müssen Chemiker einrichten und überwachen eine Vielzahl von Reaktionen. Überprüfung einer Vielzahl von Reaktionen wie dies geschieht häufig mit "96-Well-Platten", die 96 kleine Behälter mit einer einzigartigen Kombination von Chemikalien in den einzelnen sind. Diese Reaktionen können manuell eingestellt werden oder, wenn das Labor durch eine teure Roboter gut finanziert. Aber auch mit den besten Roboter zur Verfügung kann es immer noch ein langsamer Prozess.

Farbdrucker sind viel billiger als Roboter. Und wenn die Tinten von Lösungen von Enzymen ersetzt werden dann plötzlich haben Sie ein Gerät, das das Potenzial hat, mehr als 1 Million verschiedene Reaktionsgemischen zu verzichten.

Darum will nur Yifei und Kollegen getan haben. Ihre Drucker wurden mit einer Reihe von Enzymen, die, wenn sie in das richtige Verhältnis zusammenarbeiten farbige Reaktion Produkte, geladen. Diese wurden direkt auf Papier gedruckt, wo es war sofort klar, von der Intensität der einen Farbpunkt, welche Reaktionsgemischen am besten funktioniert.

In den Testfällen wurden Reaktionen bewusst gewählt, dass die Farbe Veränderungen zur Folge. Dies machte für eine schöne schnelle visuelle Anzeige der ob hat das System gut funktioniert. So zum Beispiel ein Test begann mit Glukose und eine chemische genannt ABTS in Magenta Patrone, dann die Enzyme Glukose-Oxidase (GOx) und Meerrettich Peroxidase (HRP) in gelben und Cyan Patronen. Wenn sie zusammen gemischt werden die GOx entfernt ein Wasserstoff aus Glukose und fügt es Sauerstoff, Wasserstoffperoxid produzieren. Als nächstes reagiert die HRP dies mit ABTS, die Ergebnisse in eine grüne Chemikalie.

Die Einsatzmöglichkeiten für diese Mischungen druckerbasierten hinausgehen Neugier-orientierte Forschung auf biologischen Bahnen. Yifei und Kollegen haben bereits gezeigt, dass durch die Druckerpatronen mit den richtigen Enzymen laden sie das Set verwenden können, das Vorhandensein von Glukose in einer Probe. Glukose im Urin ist ein Hinweis auf Diabetes, so dass ihre druckerbasierten Chemie bereits das Potenzial zur diagnose von Diabetes hat.

Das Ergebnis könnte dann sein, eine Zukunft wo ergibt sich eine Reise zu den Ärzten in einem Ausdruck, ganz wörtlich, Ihren Urin und einige Enzyme neben, nach 30 Sekunden oder so, eine Diagnose und Verschreibung.

Mark Lorch nicht funktioniert für, zu konsultieren, eigene Anteile an oder von einem Unternehmen oder einer Organisation, würde profitieren von diesem Artikel, und hat keine relevanten Zugehörigkeiten, finanziert.

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