Как профессор биомедицинской инженерии, всю жизнь посвятивший увлекательному миру электричества и его применения в биологии, я могу с уверенностью сказать, что электрофорез — одно из самых интригующих явлений, с которыми я столкнулся. От новаторского эксперимента Бенджамина Франклина с воздушным змеем до современных лабораторий, в которых я работаю, путешествие электричества было просто захватывающим.
🚀 Хочешь улететь на Луну вместе с нами? Подписывайся на CryptoMoon! 💸 Новости крипты, аналитика и прогнозы, которые дадут твоему кошельку ракетный ускоритель! 📈 Нажмите здесь: 👇
CryptoMoon Telegram
Рассматривая электрические поля, естественно ассоциировать их с электричеством — жизненной силой, лежащей в основе нашего современного образа жизни, питающей широкий спектр устройств, таких как бытовая техника и мобильные телефоны, начиная с 1600-х годов. Примечательно, что Бенджамин Франклин, известный своим экспериментом с воздушным змеем, подтвердил, что молния также имеет электрическую природу.
Биология также достигла значительного прогресса благодаря появлению электричества. Метод, известный как электрофорез, позволяет ученым исследовать фундаментальные компоненты жизни – ДНК и белки – путем сортировки их по электрическому заряду. Этот метод является не только основным в школьном биологическом образовании, но и незаменимым инструментом в многочисленных клинических и исследовательских лабораториях, таких как моя.
Будучи страстным геймером, я также являюсь инженером, специализирующимся на миниатюрных электрофоретических системах. Вместе с моей преданной командой студентов-союзников мы приступаем к захватывающим поискам по созданию компактных портативных версий этих устройств. Наша цель — быстро идентифицировать патогены в полевых условиях, предоставив исследователям возможность вести эпическую битву с этими безжалостными врагами.
Что такое электрофорез?
Ученые XIX века открыли электрофорез как метод, когда они прикладывали электрический заряд к частицам глины и наблюдали, как эти частицы перемещаются через слой песка. По мере развития технологий на протяжении 20-го века электрофорез совершенствовался и стал обычным явлением в лабораториях.
Чтобы понять механизм электрофореза, давайте начнем с обсуждения электрических полей – невидимых сил, которые заставляют частицы с электрическими зарядами, такие как протоны и электроны, влиять друг на друга. Например, частицы с положительным зарядом притягиваются к частицам с отрицательным зарядом, следуя принципу «противоположности притягиваются». Молекулы также могут нести заряд, и будут ли они преимущественно положительными или отрицательными, зависит от атомов, из которых они состоят.
Во время электрофореза электрический ток создается путем размещения двух заряженных электродов, одного положительно заряженного и одного отрицательно заряженного, на противоположных концах контейнера, наполненного водой, который также содержит небольшое количество соли для обеспечения электропроводности. Эта установка позволяет перемещать заряженные частицы внутри раствора, поскольку они мигрируют в направлении соответствующей полярности под действием электрического поля.
В присутствии воды заряженные вещества, такие как ДНК и белки, испытывают притяжение электрических полей, создаваемых электродами. Это притяжение заставляет заряженные молекулы двигаться к электроду, несущему противоположный заряд. Это движение известно как электрофорез.
Ученые ценят электрофорез за его скорость и адаптируемость. Этот метод позволяет анализировать различные объекты, от молекулярных структур до микроорганизмов. Кроме того, электрофорез можно проводить с использованием различных материалов, включая бумагу, гели и узкие пробирки.
Еще в 1972 году физик Станислав Духин и его команда открыли новую форму электрофоретического движения, известную как нелинейный электрофорез. Этот уникальный метод позволяет разделять частицы не только по их электрическому заряду, но также по размеру и форме.
Электрические поля и патогены
Прогресс в технологии электрофореза сделал его незаменимым оружием против вредных патогенов. Примечательно, что революция в области микрофлюидики позволила создать миниатюрные лаборатории, которые дают ученым возможность быстро идентифицировать и обнаружить эти вредные агенты.
В 1999 году исследователи обнаружили интересное применение миниатюрных систем электрофореза: они могли не только сортировать ДНК, но и разделять интактные патогены на основе различий в их электрических зарядах. Чтобы проверить это, они наполнили микроскопически тонкую стеклянную трубку (капилляр) смесью различных типов бактерий и приложили к ней электрическое поле. Поскольку каждая бактерия имеет свой уникальный электрический заряд, некоторые из них под воздействием электрического поля двигались быстрее других, что позволило исследователям различать их по типам. Измерив скорость их миграции, ученым удалось идентифицировать каждый вид бактерий в образце в течение 20 минут или меньше.
Использование микрофлюидики значительно улучшило этот процесс: микрофлюидные устройства стали достаточно компактными, чтобы удобно помещаться в руке. Благодаря своей миниатюрности эти устройства могут проводить анализ в быстром темпе, поскольку частицам не нужно далеко перемещаться внутри устройства для анализа. Это приводит к более легкому обнаружению молекул или патогенов, которые ищут исследователи, и снижает вероятность потери в процессе анализа.
Например, образцы, анализируемые с использованием обычных систем электрофореза, должны проходить через капиллярные трубки длиной от 11 до 31 дюйма (от 30 до 80 сантиметров). Их обработка может занять от 40 до 50 минут и не подлежит переносу. Для сравнения, образцы, анализируемые с помощью крошечных систем электрофореза, мигрируют через микроканалы длиной всего от 0,4 до 2 дюймов (от 1 до 5 сантиметров). Это означает использование небольших портативных устройств со временем анализа около двух-трех минут.
С помощью нелинейного электрофореза мы смогли разработать более мощные устройства, поскольку они позволяют исследователям различать и идентифицировать патогены на основе их размера и структуры. Моя команда и я обнаружили, что интеграция нелинейного электрофореза с микрофлюидикой не только дифференцирует различные типы бактериальных клеток, но также живые и мертвые.
Маленькие системы электрофореза в медицине
Микрофлюидный электрофорез предлагает универсальность в различных секторах благодаря своей способности заменять традиционные методы анализа. Его ключевые преимущества включают более быстрые результаты, повышенное удобство и снижение затрат.
Проще говоря, эти миниатюрные инструменты могут помочь ученым быстро определить, были ли уничтожены вредные микробы после лечения. Они также могут помочь врачам выбрать лучшее лекарство для пациента, быстро выявляя распространенные бактерии и бактерии, устойчивые к антибиотикам.
Наша лаборатория также занимается созданием приборов для микроэлектрофореза, предназначенных специально для очистки вирусов-бактериофагов. Эти вирусы обладают потенциалом для борьбы с бактериальными инфекциями.
По мере развития технологий использование силы электрических полей и микрофлюидики может значительно ускорить темпы, с которыми исследователи выявляют вредные патогены и борются с ними.
Смотрите также
- Как пройти самый сумасшедший квест Avowed, «Курьер Пустоши»
- Кто такой муж Колмана Доминго Рауль Доминго? Все о его жизни
- «Капитан Америка: О дивный новый мир» наконец-то отвечает на самый большой вопрос Вечных«
- Атлас и 3 новых боевика, которые можно будет посмотреть на Netflix весной 2024 года
- Портативное устройство Anbernic RG40XX H может играть в игры PSP, Nintendo DS и Dreamcast
- Сколько детей у Джастина Бальдони? Все, что мы знаем об этом, заканчивается на нас, семье звезды
- Кто такая София Фальконе из «Пингвина»? Объяснение ее истории в комиксах DC
- Sunray: Павший солдат – ОБЗОР
- Моя вина: Лондон готовится взорвать Prime Video после огромного успеха Culpa Ma
- Дом Дракона 2 сезон: Является ли Рейнира Таргариен бисексуалкой и что привело к поцелую между ней и Мисарией?
2024-11-30 21:28