Para penemu dari Universitas Purdue dan Duke telah mengembangkan sebuah teknik yang menggunakan medan magnet untuk pemisahan selektif partikel-partikel kecil yang bersifat magnet, suatu metode dengan sensitivitas tinggi yang berpotensial untuk mendiagnosis penyakit dengan mengambil sampel dari pasien.
“Karena bakteri dan virus akan tertarik oleh partikel magnet dengan ukuran yang spesifik dan teknik baru ini akan memisahkannya dengan selektif sesuai ukurannya, maka metode ini dapat digunakan untuk mendiagnosis beberapa penyakit dalam suatu sampel”, kata Gil Lee, seorang profesor dari teknik kimia dan biomedikal di Purdue.
Partikel magnet dengan ukuran mikron dilapisi dengan antibodi yang bisa menarik bakteri dan virus penyebab penyakit dan kemudian dicampur dengan sampel darah pasien. Salah satu bagian yang penting dari teknologi ini ialah microchip yang terdiri dari susunan cakram logam dengan diameter 5 micron(1/1000000 meter). Partikel-partikel magnet tersebar dalam suatu cairan yang berada dalam sebuah keping kontainer chip. Kontainer tersebut dikelilingi oleh tiga elektromagnet yang diberi energi secara berurutan sehingga menghasilkan medan magnet yang berrotasi.
“Sebagai medan magnet yang berrotasi, partikel-partikel berpindah-pindah dari satu cakram ke cakram lainnya sampai dengan mereka terpisah dari sisa sampel. Medan magnet berrotasi pada kecepatan tertentu akan memisahkan partikel-partikel dengan ukuran tertentu pula, artinya bakteri dan virus penyebab penyakit yang tertarik oleh partikel-partikel tersebut juga akan terpisah dari sampel dengan memvariasikan kecepatan rotasi,” tambah Lee.
Dalam eksperimen terbaru, sampel-sampel yang mengandung partikel-partikel magnet ini menarik ragi yang berada dalam medan magnet berrotasi dan memisah dari sisa sampel. Detil penemuan ini terdapat dalam paper yang akan terbit online bulan ini dalanm Lab on a Chip magazine dan Desember ini edisi cetaknya akan dipublikasikan. Paper ini ditulis oleh asisten profesor Benjamin Yellen, mahasiswa pasca sarjana Randall Erb dan H. Son, dan mahasiswa S1 R. Hewlin Jr., yang semuanya dari Departemen Teknik Mesin dan Material Sains Universitas Duke, dan mahasiswa tingkat doktoral yang mengambil postdoctoral Hao Shang dan Lee, yang keduanya dari Teknik Kimia Purdue dan Teknik Biomedikal Weldon.
Teknik ini, yang disebut “non-linear magnetophoretic separation”, memanfaatkan susunan cakram yang terbuat dari kobalt dan dilapisi dengan kromium untuk mencegah korosi. Cakram ini secara teratur atau secara berkala diletakkan dalam suatu permukaan kepingan silikon.
“Keuntungan dari teknik “non-linear magnetophoretic separation” yaitu dapat digunakan untuk pemisahan secara bersamaan dan mengidentifikasi bakteri dan virus penyebab penyakit dengan sensitivitas hingga mencapai sejuta kali lebih tinggi daripada "solid phase immunoassays" yang umumnya sekarang digunakan untuk mendiagnosis manusia”, kata Shang, seorang pembantu pendiri MagSense Life Sciences Inc. dan seorang ilmuan di perusahaan tersebut yang berlokasi di Purdue Research Park. Perusahaan ini sedang mengembangkan suatu metode baru untuk menghasilkan partikel-partikel magnetik.
Industri bioteknologi akhir-akhir ini menggunakan partikel-partikel magnetik untuk membuat obat dengan memisahkan komponen-komponen dalam materi biologi. Partikel-partikel menarik molekul-molekul dengan tipe yang spesifik, seperti protein dan DNA, dan kemudian sebuah magnet digunakan untuk memisahkan mereka dari sisa sampel.
Pendekatan baru ini bertujuan memanfaatkan partikel-partikel tersebut bukan untuk riset melainkan untuk diagnosis medik atau pendeteksian material biologis dalam sampel-sampel lingkungan.
Partikel-partikel magnetik dengan ukuran mikron ini terbuat dari ribuan partikel yang berukuran nanometer, yang memiliki sifat yang disebut superparamagnetis. Artinya partikel-partikel ini tidak bersifat magnet, kecuali partikel-partikel tersebut berada dalam sebuah medan magnetik, sehinga bisa dicampur dalam suatu larutan tanpa saling tarik-menarik satu sama lainnya dan menggumpal, ini penting supaya partikel-partikel tersebut terdistribusi merata di seluruh larutan. Namun ketika medan magnet berrotasi diberikan, partikel-partikel tersebut akan menjadi magnetik, yang memungkinkan partikel-partikel tersebut terpisah.
“Sampai saat ini, mengenali bakteri dan virus patogen ke partikel magnet ini dengan mengikutsertakan antibodi telah sukses dilakukan,” kata Lee. “Yang sedang diteliti adalah cara mengidentifikasi patogen berbeda secara simultan.” Inovasi ini sangat berguna untuk diagnosis medis.
“Jika anda datang ke dokter, dengan suatu masalah yang kemungkinan disebabkan oleh beberapa bakteri atau virus penyebab penyakit yang menyebabkan gejala, “ kata Lee. “Dokter tidak akan bisa memutuskan bakteri atau virus apa yang menyerang anda, dokter hanya akan memberikan anda antibiotik dengan spektrum yang cukup lebar atau menyuruh anda pulang dan banyak istirahat. Sangat jelas dibutuhkan teknologi yang mampu membedakan beberapa bakteri atau virus penyebab penyakit secara bersamaan pada tingkat yang sangat rendah. Misalnya teknologi chip yang dapat dengan mudah diimplementasikan di lingkungan medis.”
Partikel-partikel tersebut dikatakan bergerak secara non linear karena gerakan mereka tidak serta merta meningkat ketika kecepata medan magnet rotasi bertambah.
“Ada efek kejut dimana terkadang partikel berhenti karena ukuran partikel tersebut atau ukuran benda tempat partikel-partikel tertarik, dan efek itu dapat dimanfaatkan,” kata Lee. “Efek ini memungkinkan kita menyortir diantara jutaan partikel dan menyimpulkan bahwa partikel tersebut memiliki bakteri atau virus tertentu.”
Cakram disusun sedemikian hingga kutubnya mengarah pada arah yang sama. Partikel-partikel akan mendekati chip karena tertarik medan magnet dari kutub dan dihasilkan dari medan magnet rotasi luar.
Partikel dengan ukuran berbeda memiliki “frekuensi kritis” berbeda pula, artinya partikel-partikel tersebut memiliki kecepatan gerak melewati chip karena medan magnet rotasi luar pada kecepatan yang sesuai dengan frekuensinya. “Jadi pada frekuensi tertentu ada partikel yang bergerak dan yang lain hanya diam atau bergerak sedikit,” kata Lee.
Frekuensi ini lebih tinggi untuk partikel yang lebih besar, jadi percepatan atau perlambatan rotasi medan magnet luar menyebabkan partikel bergerak sesuai ukurannya.
“Asumsikan kita akan menyortir 50 partikel magnet dengan ukuran berbeda dan menaruh satu antibodi pada masing-masing partikel,” kata Lee, “Maka masing-masing akan bereaksi dengan bakteri dan virus yang berbeda lalu diidentifikasi dan dicocokan dengan sampel darah pasien dan hasilnya akan diketahui dalam 2 menit.”
Sumber: Universitas Purdue
Tidak ada komentar:
Posting Komentar