14 mrt. 2017
2 minuten
Een team van engineers van Stanford University heeft een kleine, herbruikbare microchip ontwikkeld waarmee verschillende ziektes kunnen worden opgespoord. Het bijzondere is dat deze chip is geproduceerd met een inkjetprinter. Productietijd: 20 minuten. Kosten: een cent.
Het lab-on-a-chip bestaat uit een siliconen microvloeistof kamer en een herbruikbare elektronische strip – een flexibele polyester folie, geprint met commercieel verkrijgbare inkt met geleidende nanodeeltjes. "Voor zover wij weten is er nog niet eerder melding gemaakt van een dergelijk platform met vergelijkbare functionaliteit, kostprijs en voordelen", concludeert het team onder leiding van dr. Ronald Davis.
Vereenvoudigen en miniaturiseren
Voor de diagnostiek van medische aandoeningen wordt veelvuldig gebruik gemaakt van gespecialiseerde apparatuur en teams van technici die zorgen dat het onderzoek veilig en correct wordt uitgevoerd. Dat is een kostbare aangelegenheid. Ongeveer 15 jaar geleden begon de wetenschap met onderzoek naar het vereenvoudigen en miniaturiseren van het hele proces. Bij het onderzoek naar de specifieke eigenschappen van cellen en biomoleculen maakten onderzoekers tientallen sensoren die alleen gevoelig zijn voor biodeeltjes met een bepaalde eigenschap. In combinatie met microfluïdica, een techniek die omgaat met kleine hoeveelheden vloeistof, konden de sensoren bloedcellen isoleren, bacteriën afzonderen of diverse eiwitten en DNA-moleculen vinden in bloeddruppels en andere biologische monsters: de eerste lab-on-a-chip componenten zagen het daglicht.
Inkjetprinter
Bijna onmiddellijk werd het potentieel hiervan onderkend voor het helpen van arme ontwikkelingslanden. Maar het was moeilijk om ze te maken. "Voor het produceren van dergelijke platforms is vaak een cleanroom nodig, met zeer geavanceerde apparatuur en getraind personeel", zegt mede-auteur dr. Rahim Esfandyarpour. "Die hele procedure kan dagen of weken duren". Om deze problemen te omzeilen maakte het team van Davis gebruik van een verrassend productiemiddel: de inkjetprinter. Hun nieuwe chip – FINP-chip gedoopt – is een modulaire drielaags sandwich: de bovenste, herbruikbare laag is gemaakt van commercieel verkrijgbare geleidende deeltjes, rechtstreeks geprint op een flexibel vel polyethyleen. De onderste laag is een siliconen wegwerp-‘kamer’ waarin de biologische vloeistof wordt vastgehouden. Een dunne isolatielaag scheidt de bovenste elektronica van de kamer.
Tekenprogramma
Het maken van zo’n chip is een eenvoudig tweetraps proces. Om te beginnen kan gebruik worden gemaakt van elk vector-tekenprogramma – bijvoorbeeld Adobe Illustrator – om een elektronicaconfiguratie naar wens te tekenen. Vervolgens kan met elke inkjetprinter het getekende elektronische patroon worden geprint op een goedkope plastic folie die wordt geplaatst op de voor eenmalig gebruik bedoelde kamer. Net als bij 3D-printen zijn de ontwerpen downloadable te maken, zodat iedereen met een printer zijn eigen biochips kan maken als hij ze nodig heeft.
Geslaagde proeven
In een van de proeven toonde het team dat de chip efficiënt borstkankercellen kon isoleren uit een vloeistofmonster. In een ander experiment wilde het team uitzoeken of de chip kan worden gebruikt om in een bepaald monster het aantal cellen nauwkeurig te tellen. Het tellen van immuuncellen wordt vaak gebruikt voor de diagnose van infectieziekten als tuberculose en malaria. Dat wordt tot nu toe gedaan met zogenoemde flow-cytometrie waarvoor alleen de apparatuur al € 100.000,- kost. De chip van een cent deed het even goed. Davis en zijn team spannen zich nu in om hun chip te commercialiseren.