211service.com
Enheten erbjuder ett doptest vid vägkanten
Senare i år kommer Philips att introducera en handhållen elektronisk enhet som använder magnetiska nanopartiklar för att screena efter fem stora rekreationsdroger.
Snabb fix: Philips drogtestare använder en patron som innehåller magnetiska nanopartiklar och en handhållen analysator. Frustrerad total intern reflektion (FTIR) används för att upptäcka fem stora rekreationsdroger på 90 sekunder.
Enheten är avsedd för vägkanten av brottsbekämpande myndigheter och inkluderar en engångsplastkassett och en handhållen analysator. Patronen har två komponenter: en provsamlare för uppsamling av saliv och en mätkammare som innehåller magnetiska nanopartiklar. Partiklarna är belagda med ligander som binder till en av fem olika droggrupper: kokain, heroin, cannabis, amfetamin och metamfetamin.
Philips började undersöka möjligheten att bygga en magnetisk biodetektor 2001, två år efter att ett team av forskare vid Naval Research Laboratory (NRL) i Washington, DC, för första gången använde magnetiska sensorer liknande de som används i hårddiskar för att sniffa upp vissa biologiska krigföringsmedel . NRL-forskarna märkte biologiska molekyler utformade för att binda till målämnen med magnetiska mikropärlor och skannade sedan efter de taggade målen optiskt och magnetiskt. Det senare tillvägagångssättet använde samma gigantiska magnetoresistant (GMR) sensorer som läste bitarna på en iPods hårddisk. De utvecklade snabbt en prototyp i skokartong som kan upptäcka gifter, inklusive ricin och mjältbrand.
Philips utvecklade initialt både en GMR-sensor och en optisk som förlitar sig på frustrerad total intern reflektion (FTIR) – samma fenomen som ligger bakom fingeravtrycksläsare och multitouch-skärmar. Företaget bestämde sig för att gå FTIR-vägen för att utnyttja sin expertis i att bygga optiska sensorer för konsumentelektronikenheter, säger Jeroen Nieuwenhuis, teknisk chef för Philips Handheld Immunoassays, divisionen som ansvarar för kommersialiseringen av biosensorteknologin, som går under handelsnamnet Magnotech .
Att gå över till en optisk detekteringsmetod gjorde det också möjligt för Philips att förenkla testkassetterna som enheten använder, vilket gör dem lättare att masstillverka, säger Nieuwenhuis. Med nuvarande FTIR-baserade system kan vi enklare göra enklare patroner i större mängder, tillägger han.
När enhetens provsamlare har absorberat tillräckligt med saliv, ändrar den automatiskt färg och kan sedan snäppas in i mätkammaren, där saliv och nanopartiklar blandas. En elektromagnet snabbar upp nanopartiklarna till sensorytan, varav olika delar har förbehandlats med en av de fem målläkemedelsmolekylerna. Om spår av något av de fem läkemedlen finns i provet kommer nanopartiklarna att binda till dem. Om provet är läkemedelsfritt kommer nanopartiklarna att binda till den läkemedelsbelagda sensorytan istället.
Orienteringen av det magnetiska fältet som först drog nanopartiklarna till sensorn vänds sedan, vilket drar bort alla nanomärkta läkemedelsmolekyler som av misstag kan ha fastnat på sensorytan men lämnar de lagligt bundna på plats. Detta sista magnetiska trick lovar att minska vad Larry Kricka, en klinisk kemist vid University of Pennsylvania som nyligen var medförfattare till en artikel i Klinisk kemi om användningen av magnetism i point-of-care-testning, kallar en stor begränsning i sådana analyser: oavsiktlig infångning av molekylära etiketter på testytan, en ledande orsak till både falska positiva och falska negativa. Kricka är inte involverad i Philips men fungerar som konsult till T2 Biosciences, ett företag i Cambridge, MA, som marknadsför en magnetisk biosensor baserad på MRI-teknik.
Under analysfasen studsar en ljusstråle från sensorn. Alla nanopartiklar som är bundna till ytan kommer att ändra dess brytningsindex, vilket förändrar intensiteten av det reflekterade ljuset och indikerar koncentrationen av läkemedel i provet. Genom att immobilisera olika läkemedelsmolekyler på olika delar på sensorytan kan analysatorn identifiera läkemedelsspåren i fråga. En elektronisk skärm visar instruktioner och en enkel färgkodad avläsning av resultaten.
Testet tar mindre än 90 sekunder och kan upptäcka läkemedel vid koncentrationer som mäts i delar per miljard med en enda mikroliter saliv. Sensorn är kapabel till ännu större känslighet - den har använts för att detektera hjärttroponin, en vanlig indikator på hjärtinfarkt, i koncentrationer som är 1 000 gånger lägre.
Philips planerar i slutändan att gå in på sjukvårdsmarknaden. Det arbetar på en plattform som kan testa såväl blod som saliv och söker partners som kan hjälpa till att utöka sin testmeny genom att förse den med ytterligare biomarkörer.
Andra forskare har byggt experimentella enheter för att magnetiskt detektera ett brett spektrum av biomolekyler i mycket små prover av blod eller saliv i extremt låga koncentrationer. Ofta handlar det om att använda mikrofluidiska eller magnetiska krafter för att snabbt styra de magnetiskt märkta molekylerna genom skannrar – även om en grupp vid University of Utah till och med har byggt en prototyp där en provladdad sticka dras över en GMR-sensor, som ett kreditkort genom en läsare.
Kombinationen av hög känslighet, låga provvolymer, miniatyrisering, hastighet och användarvänlighet har väckt förhoppningar om en handhållen biosensor som skulle kunna utföra sofistikerade tester med hög noggrannhet.
Alla försöker komma dit, säger Kricka. Frågan är vem som vinner? Med Philips inställd på att introducera sin drogtestare i Europa i slutet av året i samarbete med det brittiska diagnostikföretaget Cozart, verkar konsumentelektroniktillverkaren redo att ta priset.