Zvětšit obrázek

Princip klasického gyroskopu je znám již z počátku 19 století.

Mikro-gyroskopy se skládají z mikroobvodu s vibrujícím diskem.  Vibrující disky jsou vysoce citlivé na zrychlení, a tak čipy využívající tohoto principu se mohou použít jak k detekci pohybu u  letadel,  řízených střel, v bezpečnostních systémech aut k odpalování airbagů a nově i k detekci chorobných stavů.

Zvětšit obrázek

Předností gyroskopů využívajících vibrujících prvků je jejich možnost miniaturizace, odolnost vůči otřesům a teplotě. Používají se v letadlech, řízených střelách,...

Princip gyroskopu je znám od roku 1817, kdy jej objevil Johann Bohnenberger, jako konstruktér gyroskopu je označován až Léon Foucault, který na skutečném modelu předváděl v roce 1852 rotaci Země.

Nyní Calum McNeil se svými kolegy z Newcastelské university ve Velké Británii vytvořil gyroskopický disk, jehož průměr je  menší než 0,1 mm, a to jej činí použitelný k rozpoznávání zvláštností jednotlivých proteinů produkovaných zhoubnými buňkami.  Než ale takový disk je schopen proteiny rozpoznat, musí se jeho povrch potáhnout speciální DNA nebo předem připravenými proteiny (protilátkami), které jsou schopny na sebe molekuly, které uvolňují nádory navázat.
Cílem tohoto pokrytí vibrujícího disku protilátkami je snaha připoutat na sebe takové molekuly, pokud se v prostředí vyskytují. Disk elektronicky vibruje jak nahoru a dolů, tak do stran, jako  loď na vlnách. Zpočátku vibruje s tou samou frekvencí v obou směrech. Když se ale některý ze sledovaných proteinů v jeho okolí  vyskytne, dojde k vazbě, disk „ztěžkne“ a následně změní svojí frekvenci kmitů.

Zvětšit obrázek

Pohled do jednoho z komerčně úspěšných japonských čipových gyroskopů, kterého se vyrábí miliony kusů. Senzorem rezonátoru je tenký lesklý kroužek, který jako prstýnek obepíná masivní centrální magnet.

O zařízení toho zatím není mnoho zveřejněno. Ví se, že disk je vyroben ve dvou prototypech, disky jsou uloženy  mezi dvěma silikonovými destičkami a jejich vibrace jsou vyvolávány elektronicky. Pouze jeden z disků je pokryt specifickým „vychytávacím“ povrchem. Pokud se v prostředí najde jen sebenepatrné množství sledované látky, která se na disk přichytí, příslušný z disků změní frekvenci svých kmitů. Pokud změní frekvenci kmitů oba disky, je to způsobeno jinou příčinou – například nárůstem viskozity a jedná se o  falešnou reakci.

Zvětšit obrázek

Toto je Fibre optic gyroscope (FOG), který je na principu měření interference a základem je optické vlákno do kterého jsou v protisměru vysílány dva světelné paprsky. Na obrázku je zařízení, které k navigaci svých sond využívá Evropská vesmírná agentura ESA.

Tím, že je  mikro-gyroskop tak malý, může  reagovat na hmotnost pouhých proteinových molekul. Protože se proteiny produkované různými typy nádorů navzájem od sebe malinko liší, a ty se zase liší od proteinů produkovaných zdravými buňkami, jedná se o diagnosticky mocný nástroj, který na základě přesného rozlišení obyčejné hmotnosti molekul bude schopen tyto proteiny bezpečně rozeznávat. Jeho výhodou není pouze to, že  přesně určí chycené částečky, ale především to, že si dokáže nevšímat si normálních proteinů náhodně přilepených na svůj povrch. Právě tato komplikace je velkým hendikepem  ostatních biosenzorů pracující na jiných principech. 

Britové vlastní patent na gyroskop využívající levitačního efektu rychle rotujícího disku. Na obrázku je třífázový mikromotor, který plochému hliníkovému disku o průměru 0,5mm uděluje rychlost přesahující 1000 otáček za minutu (teoretické maximum je 500 000 otáček za minutu). Také tento miniaturní gyroskop je proti připravovanému zařízení učiněným mastodontem.

McNeila  myšlenka využití mikro-gyroskopu  ve zdravotnictví trkla do nosu když se s techniky dohadoval na téma funkčnosti mikro-gyroskopu. Technici byli otrávení z neustálých komplikací, protože i sebenepatrná nečistota na miniaturním disku měnila  frekvenci jeho vibrací. Tehdy se zrodila kacířská myšlenka, že to co mnozí považují za nevýhodou by se jinde mohlo stát prospěchem.

McNeil věří, že detektor bude mnohem rychlejší než konvenční biosenzory, jako je například stávající detektor hladiny cukru v krvi, který používají diabetici. Jeho funkce záleží na řetězci chemických reakcí a než se dobere k výsledku týkajícího se cílové chemikálie, trvá to poměrně dlouho. Tento princip bude schopen poskytnout výsledek prakticky okamžitě.

Autorovi myšlenky Calum McNeilovi věří i instituce Evropské unie. V prosinci letošního roku schválila Evropská komise financování projektu v rámci svého programu číslo 6 (Smart Integrated Biodiagnostic Systems for Healthcare).

McNeilův tým připravuje vyrábět ruční přístroje k měření hodnot ze vzorků krve, výtěrů a ze vzorků získaných biopsiemi. Výsledky vyšetření by měl lékař okamžitě k dispozici.
Projekt vyvinutí nového typu biosenzoru podpořila Evropská unie finanční injekcí 12 milionů Euro. Ke klinickým zkouškám by měl přístroj být přístroj připraven během čtyř let. Tvůrčí tým věří, že přístroj bude možno využít také pro detekci infekcí jako je tuberkulóza a infekce bakteriemi odolnými na antibiotika (MRSA infekce). Předpokládá se dokonce, že by  tyto vibrující disky, předpřipravené vhodným povrchem, by se mohly stát základem detekčních přístrojů napojených na velmi rychlý varovný systém zaměřený na ochranu před  biologickým a chemickým terorem.

Do praktické realizace se mikro-gyroskopy bude snažit dostat  konsorcium, které tvoří čtyři univerzity, sedm výzkumných ústavů, jedenáct středně velkých podniků, tří velké společnosti a čtyř klinická centra. V projektu jsou zapojeny Velká Británie, Německo, Nizozemí, Španělsko, Belgie, Irsko, Švýcarsko, Itálie, Norsko, Švédsko a Austrálie. Kdysi technicky vyspělé Česko mezi nimi, bohužel, chybí.

Pramen: Cancer/Oncology
http://www.medicalnewstoday.com/medicalnews.php?newsid=35314