Montréal Politeknik’ten Profesör Thomas Gervais ve öğrencileri Pierre-Alexandre Goyette ve Étienne Boulais; McGill Üniversitesi’nden Profesör David Juncker’ın yönettiği ekiple ortaklaşa çalışarak antikorlar tarafından protein tespitini otomatik hale getirmeyi amaçlayan yeni bir mikroakışkan prosesi geliştirdiler.
Nature Communications’da yayımlanan bu çalışma; kanser konusundaki laboratuvar araştırmalarını hızlandırmak için, biyolojik laboratuvarlardaki tarama işlemi ve molekül analizini yeni nesil taşınabilir bir cihaz haline getirmenin yollarını açıyor.
Mikroakışkanlar mikro düzeydeki aygıtlar içinde akışkanları manipüle ederler. Bunlara genelde “çip-üstü laboratuvar” (Labs on a chip) denmektedir. Bu mikroakışkanlar çok küçük ölçekli kimyasal ve biyolojik örnekleri incelemek ve analiz etmek için kullanılan ve çok pahalı olan eski geleneksel yöntemlere alternatif olarak kullanılan bir enstrümandır. MIT Teknoloji Dergisi tarafından 2001 yılında “Dünyayı Değiştirecek 10 Gelişen Teknoloji” arasında yer alan mikroakışkanlar, Politeknik ve McGill’den gelen araştırmacılar tarafından yapılan keşif ile kökten değiştiriliyor.
Geleneksel kapalı kanal mikrakışkanlar yerine bu proseste Mikrakışkan Multipol (MFM) kullanılıyor ve 100 mikrondan küçük bir alandaki mikroaçıklığa doğru eş zamanlı olarak emme ve asprisayon yapılabiliyor. Ve bu süreç sırasında birbirleriyle temas eden akışkan jetler kimyasal olarak boyanarak bir tür görülebilen desenler elde ediliyor.
Profesör Gervais ekliyor:
“MFM’leri modellemek için güvenilir yöntem üzerine çalışırken öncelikle bu desenleri anlamak istedik.”
M. C. ESCHER’i Andıran Görsel Simetrinin Zerafeti
Bu desenleri anlamak için Profesör Gervais’in ekibi yeni bir matematiksel model geliştirmek zorunda kaldı. Bu model, kompleks geometrileri basit modellere indirgeyerek çözüm arayan ve “conformal mapping” olarak bilinen matematiksel modele dayanıyordu.
Bunun için görevlendirilen doktora öğrencisi Étienne Boulais önce yalnızca iki mikro açıklığa sahip olan bir MFM için mikrojet çarpışmalarını modelledi. Daha sonra bu temel çözümü kullanarak çoklu mikro açıklıklara sahip MFM’ler için tahminde bulundu.
Étienne bunu şu şekilde açıklıyor:
“Elinizde bir satranç olduğunu düşünün. Sonra kuralları bozmadan geometriyi eğip bükerek önce 4 oyunculu sonra 6 ve en son 8 oyunculu yeni versiyonlar türettiğinizi düşünün”.
Görsel sanatlara tutkusu olan genç araştırmacı; “Uygun haritalamaya tabi tutulduğuda mikro jet çarpışmalarının yarattığı desenler Hollandalı sanatçı M. Es Escher’in resimlerini andıran simetrik görüntüler oluşturuyor” diye de ekliyor.
Ancak şüphesiz estetik çekiciliğinin ötesinde bu matematiksel model, moleküllerin akışkanlar içinde hareket hızını tanımamıza izin veriyor ve 12 kutuplu tüm olası sistemler için çok çeşitli akış ve difüzyon düzenleri oluşturacak konfigürasyonları tanımlıyor. Bu sayede şimdiye dek yalnızca deneme yanılma yöntemiyle keşfedilen mikro akışkan testlerin artık otomatikleştirilmesi mümkün.
3D Yazıcı İle Aygıt Geliştirmek
MFM aygıtlarının dizayn ve üretiminin tamamı Pierre-Alexandre Goyette’in sorumluluğuda tamamlanmış. Düşük maliyetli reçine kullanan bir 3D yazıcı ile yapılmış küçük bir prob ve sisteme bağlanan bir pompa ve enjektör…
Biyomedikal mühendislikte doktorasını yapan araştırmacı, bu çalışma ile Profesör Juncker’ın ekibinin uzmanlığında bir yüzeyde hareketsiz kalmış antikorları kullanarak proteinlerin tespit edilebilmesi içinse “biyolojik süreçleri yönetmek adına paha biçilemez” diyor. “Testlerle elde edilen sonuçlar, meslektaşım Étienne tarafından geliştirilen modeli doğruladı”.
Bu basit cihaz sayesinde biyologlar artık numuneleri incelerken aynı anda birden çok reaktif kullanabilecekler ve böylece bazen günler süren testler birkaç saate belki de birkaç dakikaya düşecek. Ek olarak bu tekniğin DNA ve immünoloji araştırmalarında da kullanılabileceği açıklandı.
Mikroakışkan bir ekran mı geliyor?
Profesör Gervais’in ekibi bir sonraki adımlarını açıklıyor. Kimyasal bir görüntü sergilen yeni nesil bir ekran geliştirmek…
“Sıvı kristal ekranların bir tür kimyasal eşdeğeri olurdu diyor” ve ekliyor “Elektronları bir ekran boyunca hareket ettirdiğimiz gibi bir yüzeyle reaksiyona girecek çeşitli konsantasyonlarda akışkan mikro jetleri gönderebiliriz. Birlikte bir görüntü oluştururlar. Bu konuda ilerlemek için çok heyecanlıyız, şimdilik geçici bir patent aldık”.
Tanı Prosedürlerinin Yeniden Keşfi ve Tıbbi Tedavi Takibi
Bu çalışma şimdilik yalnızca araştırma pazarına yönelik. Profesör Gervais “Prosesimiz hücreleri aynı anda birden çok reaktife maruz bırakmayı mümkün kılıyor” diyor. “Böylece biyologlar proteinler ve reaktifler arasındaki etkileşimi büyük ölçüde incelemelerine imkan tanıyor. Bu teknikle testler sırasında elde edilen verilen miktarı ve kalitesi artacak”.
Ardından ilaç pazarındaki otomasyon sistemiyle entegre edilmesi düşünülen yöntem, son olarak hasta hücre kültürleri üzerinde yapılan denemelerde ilaç verimini tespit etmek için kullanılabilecek.
