Ketika Anda memikirkan medan listrik, Anda mungkin memikirkan listrik – mewujudkan kehidupan modern dengan memberi daya pada segala sesuatu mulai dari peralatan hingga telepon seluler. Para peneliti telah mempelajari prinsip-prinsip listrik. sejak abad ke-17. Benyamin Franklinterkenal karena eksperimennya dengan komet, ia menunjukkan bahwa petir memang bersifat listrik.
Listrik juga memungkinkan kemajuan penting dalam biologi. sebuah teknik yang disebut elektroforesis memungkinkan para ilmuwan menganalisis molekul kehidupan. DNA dan protein, memisahkannya berdasarkan muatan listriknya. Elektroforesis tidak hanya diajarkan secara umum di biologi sekolah menengah, tetapi juga merupakan pekerja keras di banyak laboratorium klinis dan penelitian. termasuk milikku.
saya seorang profesor teknik biomedis yang bekerja dengan sistem elektroforesis mini. Bersama-sama, saya dan siswa mengembangkan versi portabel dari perangkat ini yang dengan cepat mendeteksi patogen dan membantu peneliti melawannya.
Apa itu elektroforesis?
Para peneliti menemukan elektroforesis pada abad ke-19 dengan menerapkan tegangan listrik pada partikel tanah liat dan mengamati bagaimana mereka bermigrasi melalui lapisan pasir. Setelah kemajuan lebih lanjut pada abad ke-20, elektroforesis menjadi standar di laboratorium.
Untuk memahami cara kerja elektroforesis, pertama-tama kita harus menjelaskannya medan listrik. Ini adalah gaya tak kasat mata yang ditimbulkan oleh partikel bermuatan listrik, seperti proton dan elektron, satu sama lain. Misalnya, partikel bermuatan listrik positif akan tertarik ke partikel bermuatan negatif. Hukum “tarik-menarik yang berlawanan” berlaku di sini. Molekul juga bisa bermuatan; Apakah lebih positif atau negatif tergantung pada jenisnya atom yang menyusunnya.
Dalam elektroforesis, medan listrik dihasilkan antara dua elektroda yang dihubungkan ke sumber listrik. Satu elektroda bermuatan positif dan elektroda lainnya bermuatan negatif. Mereka ditempatkan di sisi berlawanan dari wadah berisi air dan sedikit garam, yang dapat menghantarkan listrik.
Ketika molekul bermuatan seperti DNA dan protein hadir dalam air, elektroda menciptakan medan gaya di antara mereka yang mendorong partikel bermuatan menuju elektroda yang bermuatan berlawanan. Proses ini disebut migrasi elektroforesis.
Peneliti menyukai elektroforesis karena cepat dan fleksibel. Elektroforesis dapat membantu menganalisis berbagai jenis partikel, mulai dari molekul hingga mikroba. Selain itu, elektroforesis dapat dilakukan dengan bahan seperti kertas, gel, dan tabung tipis.
Pada tahun 1972, fisikawan Stanislav Dukhin dan rekan-rekannya mengamati jenis migrasi elektroforesis lain yang disebut elektroforesis nonlinier yang dapat memisahkan partikel tidak hanya berdasarkan muatan listriknya tetapi juga berdasarkan ukuran dan bentuknya.
Bidang listrik dan patogen.
Kemajuan lain dalam elektroforesis menjadikannya alat yang berguna dalam memerangi patogen. Secara khusus, revolusi mikrofluida memungkinkan hal tersebut laboratorium kecil yang memungkinkan peneliti mendeteksi patogen dengan cepat.
Pada tahun 1999, para peneliti menemukan bahwa sistem elektroforesis kecil ini juga bisa memisahkan patogen utuh karena perbedaan muatan listriknya. Mereka menempatkan campuran beberapa jenis bakteri dalam kapiler kaca yang sangat tipis yang kemudian dikenai medan listrik. Beberapa bakteri Mereka keluar dari perangkat lebih cepat daripada yang lain karena perbedaan muatan listrik, yang memungkinkan mikroba dipisahkan berdasarkan jenisnya. Mengukur kecepatan migrasi mereka memungkinkan para ilmuwan mengidentifikasi setiap spesies bakteri yang ada dalam sampel melalui proses yang memakan waktu kurang dari 20 menit.
Mikrofluida semakin meningkatkan proses ini. Perangkat mikrofluida cukup kecil untuk muat di telapak tangan Anda. Ukurannya yang mini memungkinkan alat tersebut melakukan analisis jauh lebih cepat dibandingkan peralatan laboratorium konvensional karena partikel tidak perlu melakukan perjalanan jauh melalui perangkat untuk dianalisis. Artinya, molekul atau patogen yang dicari peneliti lebih mudah dideteksi dan kecil kemungkinannya untuk terlewatkan selama analisis.
Misalnya, sampel yang dianalisis menggunakan sistem elektroforesis konvensional harus melewati tabung kapiler yang panjangnya kira-kira 11 hingga 31 inci (30 hingga 80 sentimeter). Prosesnya memerlukan waktu 40-50 menit dan tidak portabel. Sebagai perbandingan, sampel dianalisis dengan sistem elektroforesis kecil Mereka bermigrasi melalui saluran mikro yang panjangnya hanya 0,4 hingga 2 inci (1 hingga 5 sentimeter). Hal ini menghasilkan perangkat portabel yang kecil dengan waktu analisis kira-kira dua atau tiga menit.
Elektroforesis nonlinier telah memungkinkan perangkat yang lebih canggih dengan memungkinkan peneliti memisahkan dan mendeteksi patogen berdasarkan ukuran dan bentuknya. Saya dan rekan lab saya menunjukkan bahwa menggabungkan elektroforesis nonlinier dengan mikrofluida tidak hanya bisa memisahkan berbagai jenis sel bakteri tapi juga sel bakteri hidup dan mati.
Sistem elektroforesis kecil dalam kedokteran
Elektroforesis mikrofluida mempunyai potensi untuk berguna di semua industri. Terutama, sistem kecil ini dapat menggantikan metode analisis konvensional Hasil lebih cepat, kenyamanan lebih besar, dan biaya lebih rendah..
Misalnya kapan menguji efektivitas antibiotikPerangkat kecil ini dapat membantu peneliti dengan cepat menentukan apakah patogen sudah mati setelah pengobatan. Hal ini juga dapat membantu dokter memutuskan obat mana yang paling tepat untuk pasien dengan membedakan dengan cepat antara bakteri normal dan bakteri yang resisten terhadap antibiotik.
Laboratorium saya juga sedang mengerjakan pengembangan sistem mikroelektroforesis untuk pemurnian virus bakteriofag yang dapat digunakan untuk mengobati infeksi bakteri.
Dengan pengembangan lebih lanjut, kekuatan medan listrik dan mikrofluida dapat mempercepat cara peneliti mendeteksi dan memerangi patogen.
Artikel yang telah diedit ini diterbitkan ulang dari Percakapan di bawah lisensi Creative Commons. Baca artikel asli.
