En bärbar DNA-detektor

En ny bärbar DNA-analysator utför realtidsanalys av blodprover som lämnats på brottsplatsen. Forskare vid University of California, Berkeley, utvecklade enheten, som packar mikrofluidik, elektronik, optik och kemisk detekteringsteknik i en enhet i portföljstorlek. Medan tidigare grupper har utvecklat lab-on-a-chip-system, har ingen av dem lyckats göra ett helt portabelt, robust system som kan användas på en scen, säger teamledaren Richard Mathies .

CSI på plats: Efter att ett blodprov har samlats in från brottsplatsen kan den här enheten i portföljstorlek användas för att extrahera och analysera dess DNA på sex timmar eller mindre.

Den nya enheten kan användas för analys av kort tandemupprepning (STR), en teknik som har blivit rutin i modernt kriminaltekniskt arbete sedan den först tillämpades 1991, men som normalt sker i labbet. Forskarna utförde STR-profilering i realtid på en falsk brottsplats som inrättats av Palm Beach County (FL) Sheriff's Office. Blodfläcksprover togs och DNA-extraktion och analys utfördes på brottsplatsen inom sex timmar.

Forskarna betonar dock att även om deras system är mycket tillförlitligt, är det ännu inte kommersiellt tillgängligt och kan endast användas för att tillhandahålla preliminära bevis för polisutredningar. Fördelen är att polisen nu skulle kunna få nästan omedelbar information om vem den mest sannolika brottslingen faktiskt är, förklarar Mathies. Detta gör det möjligt för dem att hitta personen och få avgörande bevis innan han eller hon lämnar regionen eller förstör bevis.

Mathies är uppfinnaren av kapillärelektroforesmatriser och energiöverföringsfluorescerande färgämnesetiketter – två tekniker som vanligtvis används i moderna DNA-sekvenserare. Dessa teknologier kombinerar miniatyriserad kemisk och biokemisk analys med högkänslig fluorescensdetektion.

Efter att ett prov tagits på platsen för ett brott, amplifieras DNA-strängar och separeras för att upptäcka en signatur. Inuti enheten replikeras ett DNA-fragment i en 160-nanoliter polymeraskedjereaktion (PCR)-reaktor kopplad med en värmare på chipet och temperatursensor. Det biologiska provet och PCR-reagenserna exponeras för tre distinkta temperaturer under en viss tid, och en sju centimeter lång separationskanal används för att analysera DNA genom kapillärelektrofores. Med hjälp av enheten lyckades forskarna producera reproducerbara STR-profiler av DNA-prover på så lite som två och en halv timme.

Detektorn mäter 30 gånger 25 gånger 10 centimeter och väger 10 kilo. Den förbrukar 20 watt ström, som kan levereras av ett bilbatteri. Den kan alltså enkelt bäras i en resväska och checkas in som flygbagage, säger teammedlemmen Peng Liu.

En av de största utmaningarna med att designa en bärbar DNA-sekvenseringsenhet är att kontrollera flödet av prover genom systemet. För att övervinna detta problem byggde Mathies och kollegor ett flerskiktsplastchips som innehöll ett invecklat system av etsade kanaler. Detta system tillverkades med samma tekniker som används för att tillverka datorchips.

De flesta delstater i USA samlar nu in DNA-prover från misstänkta vid arrestering. Så möjligheten att snabbt matcha brottsplatsprover med register från denna databas kan dramatiskt påskynda identifieringen av brottslingar, säger Mathies.

Berkeley-teamet planerar att förbättra enhetens känslighet och genomströmning genom att integrera andra analytiska steg, såsom rensning efter PCR. Genom att integrera fler enheter blir det möjligt att analysera flera DNA-prover samtidigt, förklarar Liu. Enheten kan dyka upp på marknaden om så lite som tre till fem år, säger forskarna.

Ett av hindren för att utveckla lab-on-a-chip-teknik är system- och processintegration, och det är denna aspekt av det nya arbetet som är riktigt spännande, säger Stephen Haswell från University of Hull, Storbritannien, som också arbetar med DNA-matchning på brottsplats. Arbetet är en viktig utveckling för både det rättsmedicinska samhället och de som strävar efter att utveckla verklig lab-on-a-chip-teknik.

Dölj