작은 자기 구슬은 병원체를 신속하게 감지하는 데 사용할 수 있는 광학 신호를 생성합니다.

Jul 07, 2023

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혈액 검사 결과를 얻는 데는 검사 대상에 따라 하루에서 일주일까지 걸릴 수 있습니다. 수질 오염 및 식품 오염 테스트도 마찬가지입니다. 그리고 대부분의 경우 대기 시간은 샘플 처리 및 분석에서 시간이 많이 걸리는 단계와 관련이 있습니다.

이제 MIT 엔지니어들은 다양한 진단 테스트에서 오염 물질을 신속하게 감지하는 데 사용할 수 있는 널리 사용되는 종류의 자기 비드에서 새로운 광학적 특징을 식별했습니다. 예를 들어, 연구팀은 이 시그니처를 사용하여 식품 오염 물질인 살모넬라의 징후를 감지할 수 있음을 보여주었습니다.

소위 Dynabeads는 특정 병원체와 같은 표적 분자에 결합하는 항체로 코팅할 수 있는 미세한 자기 비드입니다. Dynabeads는 일반적으로 관심 분자를 ​​포착하기 위해 용액에 혼합되는 실험에 사용됩니다. 그러나 여기에서 과학자들은 분자가 실제로 존재하고 비드에 결합되어 있는지 확인하기 위해 시간이 많이 걸리는 추가 단계를 수행해야 합니다.

MIT 팀은 광학, 특히 라만 분광학을 사용하여 Dynabead 결합 병원체의 존재를 확인하는 더 빠른 방법을 찾았습니다. 이 광학 기술은 "라만 특성" 또는 분자가 빛을 산란시키는 독특한 방식을 기반으로 특정 분자를 식별합니다.

연구원들은 Dynabeads가 형광 태그처럼 쉽게 감지할 수 있는 비정상적으로 강력한 Raman 시그니처를 가지고 있음을 발견했습니다. 그들은 이 서명이 "보고자" 역할을 할 수 있다는 것을 발견했습니다. 감지되면 신호는 1초 이내에 대상 병원체가 실제로 주어진 샘플에 존재한다는 빠른 확인 역할을 할 수 있습니다. 이 팀은 현재 다양한 박테리아 병원체를 신속하게 검출하기 위한 휴대용 장치를 개발하기 위해 노력하고 있으며 그 결과는 Journal of Raman Spectroscopy의 Emerging Investigators 특별호에 게재될 예정입니다.

"이 기술은 의사가 항생제 처방에 대한 더 나은 정보를 제공하기 위해 감염의 원인을 좁히고 음식과 물에서 알려진 병원체를 검출하려는 상황에서 유용할 것입니다."라고 연구 공동 저자는 말합니다. Harvard-MIT 보건 과학 및 기술 프로그램의 대학원생 Marissa McDonald. "게다가 우리는 이 접근 방식이 결국 자원이 제한된 환경에서 고급 진단에 대한 접근 확대로 이어지기를 바랍니다."

MIT의 연구 공동 저자로는 이종완 박사후 ​​연구원; 학자 Nikiwe Mhlanga 방문; 강전웅 연구원; Abdul Latif Jameel 수자원 및 식품 시스템 연구소의 부소장이기도 한 Tata 교수 Rohit Karnik; 기계 공학과의 Loza Tadesse 조교수.

기름과 물

체액 샘플에서 병든 세포와 병원체를 찾는 것은 인내심을 요하는 일입니다.

Tadesse는 “이것은 일종의 건초더미 속의 바늘같은 문제입니다.”라고 말합니다.

존재하는 숫자가 너무 작기 때문에 통제된 환경에서 충분한 수로 성장해야 하며 배양물을 염색한 다음 현미경으로 연구해야 합니다. 전체 프로세스는 긍정적이거나 부정적인 결과를 확신할 수 있는 데 며칠에서 일주일이 걸릴 수 있습니다.

Karnik과 Tadesse의 연구실은 모두 Dynabeads를 사용하여 병원균 테스트 프로세스의 다양한 부분의 속도를 높이고 프로세스의 이동성을 높이는 기술을 독립적으로 개발해 왔습니다.

Dynabeads는 항체로 코팅할 수 있는 자성 철심과 폴리머 쉘로 만들어진 시중에서 판매되는 미세한 비드입니다. 표면 항체는 특정 표적 분자를 결합하는 고리 역할을 합니다. 혈액이나 물이 담긴 유리병과 같은 액체와 혼합되면 존재하는 모든 분자가 Dynabeads에 빛나게 됩니다. 자석을 사용하여 과학자들은 구슬을 유리병 바닥으로 부드럽게 끌어당겨 용액에서 걸러낼 수 있습니다. Karnik의 연구실에서는 비드를 표적 분자에 결합된 것과 그렇지 않은 것으로 추가로 분리하는 방법을 조사하고 있습니다. "그래도 문제는 우리가 찾고 있는 것이 있다는 것을 어떻게 알 수 있는가 하는 것입니다." 타데세는 말합니다.