Purdue University forskere har udviklet en biochip, der måler de elektriske aktiviteter af celler og er i stand til at opnå 60 gange flere data på bare en enkelt behandling, end det er muligt med den nuværende teknologi.
På kort sigt kunne biochip hastighed videnskabelige forskning, der kunne fremskynde udviklingen af lægemidler for muskel og nerve lidelser som epilepsi og medvirke til at skabe mere produktive afgrøder.
"I stedet for at gøre et eksperiment per dag, som det ofte er tilfældet, denne teknologi er automatiseret og kan udføre hundredvis af eksperimenter på én dag," sagde Marshall Porterfield, en professor i landbrugs-og biologiske teknik, der fører holdet udvikle chip.
Enheden fungerer ved at måle koncentrationen af ioner - bittesmå ladede partikler - som de kommer ind og ud celler. Chippen kan optage disse koncentrationer i op til 16 levende celler midlertidigt forseglet inden væskefyldte porer i mikrochippen. Med fire elektroder pr celle, leverer chippen 64 samtidige, fortsatte datakilder.
Denne yderligere data giver mulighed for en dybere forståelse af cellulære aktivitet sammenlignet med den nuværende teknologi, som måler kun et punkt uden for en celle, og kan ikke optage samtidigt, Porterfield sagde. Chippen også direkte optegnelser ion koncentrationer uden at skade de celler, mens de nuværende metoder ikke direkte kan påvise specifikke ioner, og celler blive undersøgt typisk bliver ødelagt i processen, sagde han. Der er flere fordele ved at bevare levende celler, sagde han, såsom at være i stand til at foretage yderligere prøver eller overvåge dem som de vokser.
"Den nuværende teknologi, der bruges i forskningslaboratorier er meget langsom og vanskelig," sagde Porterfield, der tror de nye chip vil kunne bidrage til at udvikle lægemidler til human lidelser, der medfører ion-kanal funktionsfejl, såsom epilepsi og kronisk smerte. Omkring 15 procent af de lægemidler under udvikling påvirker aktiviteterne i ion-kanaler, sagde han, og deres udvikling er begrænset af den langsommere tempo i den nuværende teknologi. Den biochip vil give forskerne at generere flere data på kortere tid, og dermed fremskynde hele processen med at evaluere potentielle lægemidler og deres forskellige virkninger på ion-kanaler.
Ion-kanaler er særligt vigtige i muskler og nerveceller, hvor de lette kommunikationen og overførslen af elektriske signaler fra en celle til den næste.
Inden for de 10-ved-10 millimeter chip - omtrent på størrelse med en krone - celler er forseglet inde i 16 pyramideformede porer, analyseres, og derefter kan fjernes intakt. Eftersom teknologien ikke dræber cellerne, kunne det bruges til at screene og identificere forskellige afgrøder linjer, Porterfield sagde.
"For eksempel, lad os sige at du var interesseret i at udvikle majs-sorter, der har brug for mindre gødning," sagde han. "Hvis du havde et bibliotek af gener, der var forbundet med høje kvælstof-brug effektivitet - og dermed gøre anlægget har brug for mindre kvælstofgødning - du kan forvandle en gruppe af majs celler med disse gener og derefter skærmen hver celle til at bestemme den mest effektive . Så kunne man hæve en, der havde det mindste behov gødning, snarere end at sætte en masse forskellige gener i hundredvis af planter og venter på dem til at vokse, som det i øjeblikket gjort. "
Ud over de mulige besparelser i tid og penge, sagde Porterfield chippen har tilladt ham at gøre forskning, der ellers ville være umuligt. Han for nylig gennemført en undersøgelse af "Vomit Comet", kælenavnet for en højtflyvende forskning fly brugt af NASA til kortvarigt at simulere vægtløshed. Forsøget analyseret tyngdekraftens indvirkning på planternes udvikling, forsøger at løse gåden om, hvordan en plante bestemmer, hvilken vej er "op."