Tin KHCN nước ngoài
Chip dò khí phục vụ phân tích y sinh (03/06/2014)
-   +   A-   A+   In  

Thiết bị có kích thước chỉ bằng một con chip có thể sản sinh và phát hiện một loại khí đặc biệt được sử dụng trong phân tích y sinh và chụp ảnh y học đã được Viện Tiêu chuẩn và Công nghệ quốc gia (NIST) thiết kế và giới thiệu. Công trình được đăng trên Tạp chí Nature Communications mô tả một loại chip vi lỏng (microfluidic) mới có thể tạo ra khí xenon phân cực (hay từ hóa) và qua đó có thể phát hiện được cả những tín hiệu từ yếu nhất của loại khí này.

Thông thường, do có các spin hạt nhân nguyên tử sắp xếp theo cùng một hướng giống như những thanh nam châm, khí xenon phân cực có thể hòa tan trong chất lỏng và sử dụng để phát hiện sự hiện diện của các phân tử nhất định. Mối tương tác hóa học tinh vi của khí này với các phân tử mục tiêu làm thay đổi tín hiệu từ phát ra từ xenon, bằng cách phát hiện sự thay đổi này các nhà nghiên cứu có thể nhận dạng được các phân tử đó trong một hỗn hợp phức. Khí xenon phân cực còn được sử dụng như một tác nhân tương phản để làm rõ hình ảnh trong chụp ảnh cộng hưởng từ (MRI) đã được thực hành để chụp phổi người. Tuy nhiên, trong các hệ thống thông thường, để tạo ra loại khí này và sử dụng nó phải cần đến một thiết bị kích thước to bằng chiếc xe hơi. 

Các nhà nghiên cứu thuộc NIST hợp tác với ba tổ chức khác đã phát triển một loại chip mới, có thể sử dụng để làm giảm kích cỡ và chi phí của những công cụ to kềnh càng như máy MRI, chủ yếu dựa trên cộng hưởng từ hạt nhân (NMR). Công cụ dò có độ nhạy cao nằm bên trong con chip khuếch đại phản ứng NMR vi lỏng trên các mẫu nhỏ và triệt tiêu sự cần thiết phải sử dụng các nam châm mạnh kết hợp với các thiết bị NMR lớn, như được sử dụng trong MRI. Chip có cấu trúc siêu nhỏ này có thể được sản xuất hàng loạt và tích hợp dễ dàng với các hệ thống vi lỏng hiệntại.

Theo nhà vật lý John Kitching - đồng tác giả công trình nghiên cứu cho biết, loại chip này có thể sử dụng như một thành phần trong hệ thống NMR vi lỏng phức tạp hơn, dùng để phục vụ chẩn đoán y học. Thiết bị mới này có liên quan đến khí cụ đo từ kích cỡ bằng con chip nhưng có các tính năng bổ sung và các ứng dụng khác. Cũng giống như thiết bị của NIST trước, loại chip mới sử dụng các nguyên tử rubidi như những từ kế để phát hiện sự phân cực xenon, nhưng chúng cũng có nhiều chức năng khác nhau. Thiết kế mới này cũng sử dụng các nguyên tử rubidi để phân cực các nguyên tử xenon, thúc đẩy phản ứng NMR và pha trộn hai loại nguyên tử này trong cùng một ngăn ở công đoạn dò, điều này làm tăng cường độ tín hiệu lên 500 lần. 

Thiết bị được đặt trong một con chip silicon và thủy tinh dài khoảng 3cm có bốn ngăn nhỏ liên kết bằng các kênh vi mô. Trong một ngăn, ánh sáng phân cực tròn chuyển mômen sung lượng đến các điện tử của nguyên tử rubidi. Sau đó các nguyên tử rubidi trao đổi spin với hạt nhân nguyên tử xenon, làm tăng sự phân cực của chúng và qua đó khuếch đại tín hiệu NMR.

Các nguyên tử xenon phân cực và các nguyên tử rubidi sau đó được dẫn vào ngăn phát hiện. Nhờ vào mối tương tác từ tính của các nguyên tử mà bộ cảm biến có thể phát hiện được các tín hiệu yếu tương ứng với nồng độ nguyên từ xenon phân cực dưới 1 phần nghìn tỷ, kết quả đạt được khá cạnh tranh so với phương pháp trắc từ quang học tần số thấp (low-field optical magnetometry).

Sự kết hợp của một công cụ phân cực xenon và công cụ dò trong cùng một thiết bị, cùng với đặc tính cực nhạy của thiết bị chip có thể giúp tạo ra các thiết bị công nghệ xenon phân cực nhỏ gọn và ít tốn kém phục vụ cho các ứng dụng y sinh và các ứng dụng khác bên ngoài phòng thí nghiệm nghiên cứu.

Nguồn: vista

Số lượt đọc: 7127

Về trang trước Về đầu trang