Nagy átbocsátóképességű nanokalorimetriás Lab-on-chip platform vizsgálata

Nagy átbocsátóképességű nanokalorimetriás Lab-on-Chip platform vizsgálata

Az orvosbiológiai fejlesztések meghatározó iránya a nagy átbocsátóképességű bioanalitikai berendezések (HTS – High-Throughput Screening) fejlesztése. Az ilyen berendezések laboratóriumi körülmények között alkalmasak több tucat, esetleg több száz humán minta egyidejű vizsgálatára (pl. kórokozó jelenléte, vérkép eltérés, genetikai eltérés), vagy egy adott humán minta vizsgálatára több, különböző esetre (pl. különböző betegségekre jellemző kórokozók egyidejű vizsgálata ugyanazon a mintán).

Az ilyen vizsgálóberendezések szokásosan optikai elvű bioszenzorra épülnek, ami a célmolekulához kötődő fluoreszcens jelölőmolekulák kimutatására alkalmas. Az ún. optikai megközelítés alternatívájaként egyre több kutatócsoport foglalkozik nem-optikai, jelölésmentes detektálási módszerek fejlesztésével. A jelölésmentes módszerek új lehetőségeket nyitnak az optikai módszerekkel nem, vagy csak körülményesen kimutatható biomolekulák vizsgálatára . Az impedanciamérésen, impedancia spektroszkópián illetve elektrokémiai módszereken alapuló érzékelők mellett kiemelt szerep jut az úgynevezett kalorimetriás érzékelőknek, melyek a biokatalizátorok (pl. enzimek) működése során termelődő hőmennyiséget mérik.

A kalorimetriás berendezések hagyományosan alacsony áteresztőképessége az arányos méretcsökkentés illetve a mikrofluidika eszköztárának használatával nagyságrendekkel növelhető. A TDK dolgozat a nagy átbocsátóképességű kalorimetriás rendszerek alapvető konstrukciós kérdéseit tárgyalja:

- Enzimreakciók modellezése mikrofluidikai környezetben, falra rögzített enzimekkel, csepp (droplet-) mikroreaktorban

- A Lab-on-Chip alkalmazásnál releváns mintamennyiségek mellett a várható érzékenység, áteresztőképesség és felbontóképesség vizsgálata

Az eszköz tervezéséhez meg kell határozni az enzimreakció által termelt hőt a csatornában. A feladathoz egyszerűsített kompakt modellt készítünk és az enzimkinetikai folyamatot kísérletekkel is verifikáljuk.

Modellünk helyességét ANSYS FLUENT CFD szoftverrel ellenőrizzük. Első célkitűzésünk egy térfogati enzimreakció modellezése, majd összevetése a kompakt modellben számoltakkal, illetve a Michelis-Menten modellel. További cél a kétfázisú csepp (droplet-) áramlás megvalósítása szimulációs környezetben. Végül a két problémát összekapcsolva multifizikai szimulációt tervezünk készíteni, mely közvetlenül a Lab-on-Chip eszközben lévő fizikai folyamatokat modellezi.

Az eredményektől azt várjuk, hogy jó egyezést mutassanak az analitikus kompakt modellel, illetve a kísérleti mérési eredményekkel.

A Lab-on-Chip eszköz szimulációs vizsgálata során a MEMS (mikro-elektromechanikai rendszerek) eszközök tervezésére jellemző multidiszciplináris megközelítést alkalmazzuk.

szerzők

• 
  Pálovics Péter
  villamosmérnöki
  nappali
• 
  Németh Márton Dr.
  egészségügyi mérnöki
  nappali

konzulensek

• 
  Dr. Ender Ferenc
  Egyetemi Docens, Elektronikus Eszközök Tanszék
• 
  Drozdy András
  Doktorandusz, Elektronikus Eszközök Tanszék

helyezés