Микрожидкостной биочип позволит исследователям не только безбоязненно перемещать культуру клеток внутри лаборатории, но проводить эксперименты в полевых условиях.

Путем комбинирования технологии кремниевых микрочипов и системы тончайших жидкостных каналов, часть которых тоньше человеческого волоса, ученые университета Джонса Хопкинса создали лабораторный микроинкубатор размером с большой палец руки. (О разработке аналогичного устройства – «матки на чипе» – недавно сообщили ученые Токийского университета.)

Микроканалы инкубатора, выполненные из мягкого полимерного материала, позволяют ученым с легкостью вводить питательные вещества и направлять их перемещение. При этом работающая под контролем компьютера электроника поддерживает температуру, оптимальную для жизнедеятельности и размножения клеток. Клетки инкубатора прозрачны, что позволяет наблюдать за клетками с помощью микроскопа или камеры, не нарушая условия их культивирования.

С начала XX столетия методы культивирования клеток в лабораторных условиях практически не изменились. Клетки и питательные вещества помещают в планшет и ставят в традиционный инкубатор размером с небольшой холодильник. Внутри инкубатора поддерживают необходимые параметры: температуру, влажность и содержание углекислого газа. Однако каждый раз при извлечении планшета из инкубатора для наблюдения эти оптимальные условиях нарушаются, что может приводить к гибели клеток.

В отличие от этого, разработанный авторами миниатюрный инкубатор является автономной системой и не требует внешнего источника тепловой энергии.

Содержащую клетки каплю среды вводят в порт инкубатора, после чего она перемещается по микрожидкостному каналу. Аналогичным образом производят смену питательной среды. Под действием силы тяжести клетки опускаются и прикрепляются к поверхности микрочипа, содержащего простейший нагревательный элемент – миниатюрную версию нагревательного элемента тостера. В чип также встроен сенсор, непрерывно контролирующий температуру среды культивирования, которая регулируется компьютером. Первая модель инкубатора соединена с компьютером при помощи кабеля, однако разработчики утверждают, что очень скоро появится беспроводная версия прибора.

Газопроницаемая мембрана инкубатора обеспечивает обмен углекислого газа и кислорода, однако не допускает бактериальной контаминации культуры. В случае чрезмерного роста колонии клеток через один из микрожидкостных портов с помощью шприца можно ввести фермент, который позволит отделить от поверхности и удалить избыток клеток, не повреждая при этом первичную культуру.

Авторы продемонстрировали эффективность инкубатора на клетках почек детенышей хомяков, жизнеспособность которых поддерживали в течение трех дней. К достоинствам микроинкубатора относятся: малая стоимость, возможность проводить несколько экспериментов одновременно в малом объеме и перемещать культуру для проведения разного рода наблюдений, не нарушая при этом условий ее культивирования. Кроме того, использование аккумулятора позволит пользоваться инкубатором вне лаборатории.

В настоящее время изобретатели продолжают работать на усовершенствованием своего детища. Они надеются разработать метод наблюдения за клетками с помощью оптических световодов, а также метод стимуляции и регистрации электрической активности клеток.

Источник: «Коммерческая биотехнология» по материалам ScienceDaily.