Biochipek
Ha már mindennaposak lennének a biochipek, akkor nem kellett volna több mint egy hetet várni az angliai laboratóriumból érkező, amúgy rossz hírre: a madárinfluenza emberre is veszélyes vírusa végzett néhány hattyúval Magyarországon. A biochipek ugyanis pillanatok alatt diagnosztizálják a betegségeket, figyelmeztetnek a járványokra és a biológiai fegyverekre.
Kép a jövőből: az utazóknak egy apró szúrással kell számolniuk határátkelésnél. Egyetlen csepp vér gyors információt ad arról, hogy bizonyos vírusok jelen vannak-e a szervezetben. Ehhez egy chipkártyára helyezik a mintát, a kapilláris erők finom csatornákon keresztül felszívják a vért a kártya belsejébe, ahol kis kamrákban biokémiai folyamatok zajlanak. A chipkártya mindössze hitelkártya méretű, mégis egy teljes biológiai laboratórium elfér rajta.
Különös találkozó: a biokémia és az elektronika frigyéből született a biochip
A biochipek, amelyeken modern félvezető technikával ötvözik a biológiát, az orvosi diagnosztika egyik legtöbbet ígérő fejlesztési területének számítanak. Szempillantás alatt felismerhetők a betegségek, s géntesztek készíthetők. Különleges képességeiket ki lehetne használni a veszélyes járványok megfékezésénél is: a terjedő madárinfluenzát is azért nehéz kézben tartani, mert a kórokozók kimutatása túl drága és lassú folyamat. A biochipet viszont – speciális biokémiai módszerekkel – programozni lehet a keresett vírusok azonosítására: minden olyan molekula gyorsan felismerhető, amelynek van egy párja a természetben. A kulcs-zár elmélet alapján például célzottan ki lehet vonni vírusokat egy mintából, ha a biochip fel van szerelve a megfelelő antitestekkel. Akár génlabor is lehet a chipből, ha „befogóként” DNS-molekulák darabjait tartalmazza – ilyenkor a genetikai állomány károsodása is könnyen felismerhető.
Lakat alatt
A biochipeket gyártó Fraunhofer Intézet fejlesztői meglévő technológiákra építenek, s a hagyományos chipkártyák arany érintkezőit használják elektródáknak. Az arany és a biomolekulák között van még egy réteg, amelyet feltalálói – közelebbről meg nem határozva – csak „kötőkémiának” neveznek. Az aranyelektródákon kénhidak rögzítik a befogó molekulaként szolgáló antitesteket, s ehhez már meg is találták a megfelelő kéncsoportokat. Nagyobb gondot jelent viszont, hogy csak nehezen lehet hozzájutni a veszélyes vírusok vagy a biológiai fegyverek mintáihoz, ami persze teljesen érthető. Amikor az amerikai méregszekrények kérlelhetetlenül zárva maradtak, sok esetben a berlini Robert Koch Intézet segített az antitestek fejlesztésében.
Befogók a chiplaboratóriumban [+]
3. Ha a mintában jelen van a keresett DNS-szegmens, az kötődni fog ehhez a molekuladarabhoz. Ez további reakciót vált ki: a biotinnal (B) jelölt DNS-sel kötést létesít az alkáli foszfát enzim (Str/E). Ezzel a kötéssel az enzim egy subsztrátból (S) felszabadít egy molekulát (P), amely az anódon lead két elektront. Ezután a negatív elektródához vándorol, visszaveszi az elektronokat és visszatér. A molekula vándorlásának következtében az elektródák között áram folyik – ez bizonyítja, hogy megfelelő DNS-szegmenst találtak.
A chip azon területei, amelyeken a befogómolekulák ülnek, pici csuprocskákra hasonlítanak. Ezekben a csuprocskákban terül el az aranyelektródák finom rácshálója, amely csak mikroszkóp alatt válik láthatóvá. A biochipek sok ilyen kis csuporral vannak felszerelve a különböző alkotórészek párhuzamos kereséséhez. A kisebb példányokon tíz-húsz mérőhely van, és például egyszerre több különböző vírust is kereshetnek. Mint egy tintasugaras nyomtató, úgy látja el egy próbafej az egyes mérési helyeket a befogó molekulákkal. A géntesztekhez természetesen nagyobb chipeket használnak, akár ezer csuporfélével.
A vizsgálandó folyadék minden csuprocskához eljut. Ha elektromos jel érkezik a chip egy meghatározott mérőhelyéről, az jelzi, hogy azon a helyen megkötődött egy odaillő molekula. Az alapelv tehát egyszerű: ugyanaz a folyamat játszódik le mesterségesen, mint ami a természetben is, amikor molekulák találkoznak és kötést létesítenek egymással. Ezeket a folyamatokat képezik le a szilíciumchipen.
Széles körű alkalmazás: nem csak az orvosi diagnosztika kamatoztathatja a biochipek tudását
A kompakt és olcsó felépítés kulcsa az elektromos észlelés. Ennek segítségével a kutatók a normál optikai felismerés fényforrásai, lencséi és filterei nélkül is boldogulnak. Az optikai kimutatás technikáival szemben a biológiai felismerési folyamatok közvetlenül a chipen zajlanak, s ez nagyjából az eddigi ár tizedére csökkenti egy teszt árát. Az elektromos biochipeket a tömegtermelés során olcsón, az ipari félvezetőgyártás eljárásával lehet előállítani.
A cikk még nem ért véget, kérlek, lapozz!
