Proteiner är en av de viktigaste klasserna av biomarkörer – biologiska molekyler som indikerar en sjukdom eller hälsa hos en individ. Detekteringen av proteiner är avgörande i en mängd olika tester; från diagnosen malaria, genom upptäckt av hjärtinfarkt, till cancerscreening och övervakning. Det vanligaste sättet att upptäcka dessa biomarkörer är att använda ett biokemiskt test som kallas immunanalys, som är grunden för eventuella graviditetstest.

Som med alla tester, förbättra noggrannheten, betyder mer exakta resultat och visas nu på omslaget till den peer-reviewade tidskriften Analytisk kemi forskare har gjort en betydande förbättring.

Prestationen kommer från ett internationellt team av forskare från Technion – Israel Institute of Technology och IBM Research i Zürich som tillsammans har utvecklat en teknik som kan förbättra känsligheten för proteindetektion i immunanalyser med mer än 1, 000 gånger, jämfört med en standardimmunanalysimplementering. Teamets metod är baserad på en enkel hårdvara – ett mikrofluidiskt chip som innehåller flödeskanaler som är lika breda som ett människohår.

Det som gör denna teknik särskilt viktig är att den fungerar otroligt bra när proteinbiomarkörer finns i extremt litet antal, som är situationen under de tidiga stadierna av en sjukdom.

Moran Bercovici, biträdande professor vid fakulteten för maskinteknik vid Technion sa, "Vi använder en gammal fokuseringsteknik som kallas isotachophoresis (ITP) på ett nytt sätt – med en kombination av elektriska fält och specialiserad kemi. Detta gör det möjligt för oss att samla proteiner till en liten volym och exakt leverera dem för att reagera med detektionsantikroppar mönstrade på ytan av mikrokanalen".

"Vi lurar i huvudsak detektorn, " tillägger Federico Paratore, en gemensam doktorand mellan grupperna, och huvudförfattaren till verket. "Vi presenterar för en standarddetektor en proteinkoncentration som är 10, 000 gånger högre än i originalprovet, och få detektorn att reagera därefter."

Paratore förklarar enkelheten i testet, "Några droppar av provet införs i mikrofluidchipet, och ett elektriskt fält slås på. Anmärkningsvärt är att proteinerna komprimeras till en volym av cirka 50 pikoliter – cirka 1 miljon gånger mindre än volymen av en mänsklig tårdroppe och på bara några minuter, resultatet är synligt."

Paratore är en del av ett gemensamt EU-projekt, Virtuella flaskor, och arbetar på båda platserna och kombinerar styrkorna hos Technions team inom elektrokinetik och vätskemekanik, med IBM:s expertis inom mikroteknik och diagnostik. På Technion, Paratore samarbetade med Tal Zeidman-Kalman och Tally Rosenfeld, som är medförfattare till denna artikel.

Dr Govind Kaigala, forskare vid IBM Research tillägger, "Elegansen med detta tillvägagångssätt ligger i dess enkelhet och naturligtvis den enorma förbättringen av analyskänslighet som kan tillämpas på en rad olika immunanalyser. Vi tror starkt på att en sådan teknik kommer att hjälpa till att fylla luckorna i befintlig immunanalysteknik och tillämpas direkt på biologiska prover som blod, saliv, eller urin."

Teamets tillvägagångssätt kan möjliggöra enkla enheter som kan analysera små prover (som en droppe blod), ersätter den stora och sofistikerade laboratorieutrustning som krävs idag.