Kontrol af v?sker kan g?re det lettere at diagnosticere sygdomme
Mennesker i selv de mest ?de dele af verden vil kunne diagnosticeres i l?bet af et ?jeblik og med minimalt udstyr, n?r de mikroskopiske, mobile laboratorier 'lab-on-a-chip' for alvor bliver udbredt. Det er fuldt funktionsdygtige laboratorier, der ikke fylder mere end et kreditkort.
Det giver nogle enorme fordele. I stedet for at syge folk skal drage til l?gestationer, f? taget blodpr?ve og vente p? svar, kan sundhedspersonalet komme til de syge, teste en enkelt dr?be blod og stille en diagnose med det samme. I tilf?lde, hvor hurtig behandling er afg?rende, vil det kunne redde menneskeliv.
?Hvis man for eksempel skal teste for hiv eller malaria, s? kan man n?jes med at tage en 'lab-on-achip' med i stedet for et helt n?dhospital. Man kan ogs? forestille sig, at det kan bruges af almindelige mennesker til at holde ?je med, om man fejler noget,? siger lektor ved Institut for Natur, Systemer og Modeller Jesper Schmidt Hansen.
Teknologien er langt fremme, og forskellige steder i verden bliver den blandt andet brugt til at tage blodpr?ver af k?er p? marken. Men der er stadig et enkelt problem. N?r f?rst blodet er suget ind i det lille nanor?r, som kredsl?bet best?r af, kan det ikke komme ud igen. Derfor kan de sm? laboratorier kun bruges en gang.
?Hvis der f?rst er taget én blodpr?ve, s? kan man ikke tage flere blodpr?ver, fordi v?sken st?r helt stille. Hvis der er behov for at tage flere pr?ver, s? bliver man n?dt til at f? blodet ud igen, men det kan man ikke s? nemt, som man skulle tro,? siger Jesper Schmidt Hansen.
V?ske i nanor?r
En 'lab-on-a-chip' udnytter kapill?r-kraften, som er et fysisk f?nomen, der suger v?ske op gennem et r?r, som er tilstr?kkeligt tyndt. P? den m?de bliver blodet suget op igennem nanor?r og ind i det mikroskopiske laboratorium, hvor pr?ven kan blive analyseret. Jo tyndere r?ret er, jo st?rkere er kapill?r-kraften. Faktisk er den s? kraftfuld, at den i teorien vil kunne suge v?ske op i 70 kilometers h?jde igennem et nanor?r, netop fordi r?ret er s? tyndt.
Problemet med metoden er, at n?r v?sken udfylder r?ret helt, holder kr?fterne bag kapill?r-kraften v?sken fast i r?ret, s? den ikke l?ngere flyder. Det er derfor, hvert 'lab-on-a-chip' kun kan bruges en gang.
Og det er ikke muligt at t?mme nanor?ret igen ved at pumpe eller puste, for det er umuligt.
Jesper Schmidt Hansen illustrerer udfordringen med forskellen p? at puste i et glas vand gennem et almindeligt suger?r sammenlignet med et r?r, der er fem gange smallere. Det bobler langt mindre, n?r man puster gennem det smallere r?r.
?Man skal puste h?rdere, fordi den mindre ?bning g?r modstanden st?rre. Selv om r?ret kun er fem gange smallere, er modstanden blevet 100 gange st?rre. Et nanor?r, som dem der bliver brugt i en 'lab-on-a-chip', er s? lille, at modstanden er 10 tusinde kvadrillioner gange st?rre end suger?rets modstand. En kvadrillion er et ettal efterfulgt af 24 nuller. Det kan ikke lade sig g?re at puste gennem det. Det vil v?re som at fors?ge at presse en s?kkestol gennem et alt for lille r?r,? siger han.
Det problem har Jesper Schmidt Hansen en l?sning p?, for han har udt?nkt en metode, der kan f? v?sken til at l?be ud igen og dermed modvirke kapill?r-kraften og modstanden i det meget lille nanor?r. Det vil ikke bare g?re 'lab-on-a-chip'-apparaturer endnu mere effektive, men det er ogs? et brud med den g?ngse viden inden for v?skers bev?gelse.
Indtil videre er det lykkedes i teoretiske matematiske ligninger og computersimuleringer, der bekr?fter, at ligningerne holder.
Brud p? fundamental regel
For at f? det stillest?ende vand til at bev?ge sig, udnytter Jesper Schmidt Hansen, at oxygenet i et vandmolekyle hiver elektronerne hen imod sig. Det medf?rer, at hvis man roterer et elektrisk felt rundt uden om r?ret, kan man f? alle vandmolekylerne til at rotere, som hvis en magnet fik n?len i et kompas til at dreje rundt. Denne molekyl?re rotation f?r vandet til at bev?ge sig.
?Det vil sige, at jeg ved at kontrollere vandet p? det allermindste molekyl?re niveau, kan f? v?sken til at flyde ud af nanor?ret igen. Dermed kan man genbruge 'lab-on-a-chip'-laboratoriet,? siger Jesper Schmidt Hansen.
At roterende molekyler kan danne en bev?gelse af vandet er i st?rk kontrast til den klassiske teori om v?sker.
?Det er virkelig provokerende for mange, for det er et brud med det, der st?r i l?reb?gerne,? siger Jesper Schmidt Hansen.
Det er med andre ord det brud med den g?ngse viden, som Jesper Schmidt Hansen har opdaget dybt i sine matematiske ligninger, der med tiden m?ske kan revolutionere sygdomsforebyggelse og diagnosticering i verdens fattigste lande. Hans forskningsgruppe samarbejder med israelske forskere, der vil fors?ge at udf?re teorien i praksis. N?ste skridt er at kunne fabrikere mikroskopiske apparaturer, der danner det elektriske felt, s? rotationen af vandmolekylerne kan udf?res ude i marken.
Fakta: Kapill?r-kraften
Kapill?r-kraften f?r v?ske til at bev?ge sig opad (eller langs) faste overflader og er et resultat af vekselvirkningerne mellem v?sken og v?ggen. Effekten er tydeligst i sn?vre r?r og er ogs? grunden til, at vand kan suges ind i papir. Hvis v?skemolekylerne og overfladeatomerne har s?kaldte favorable vekselvirkninger, hvilket er tilf?ldet for vand og glas, s? vil kapill?r-kraften ?hive? v?sken opad. Omvendt hvis vekselvirkningen er ufavorabel, vil v?sken ?trykkes nedad?, som tilf?ldet er med kviks?lv og glas.
Kilde: Jesper Schmidt Hansen