Levende bacteriën gewogen met trillend buisje

Een weegschaal waarmee het gewicht van bacteriën en losse cellen in een vloeistof te meten is, kan de basis vormen voor nieuwe, snelle diagnostische tests. Onderzoekers van het MIT in Boston en twee bedrijven in Santa Barbara hebben zo’n nanoweegschaal ontwikkeld, en met technieken uit de chipindustrie gemaakt uit halfgeleidermateriaal. Het weegschaaltje heeft een nauwkeurigheid van een femtogram: een miljoenste van een miljardste gram (Nature, 26 april).

Het wegen geschiedt door een dun siliciumstaafje van een paar tiende millimeter lengte op een microchip in trilling te brengen. Zo’n staafje trilt bij een karakteristieke frequentie die afhangt van de afmetingen en van de mechanische eigenschappen van silicium. Wanneer er een extra massa op ligt, verandert de trillingsfrequentie een beetje. Dat is nauwkeurig te meten door een laserbundel vanaf het uiteinde te laten weerkaatsen en het gereflecteerde licht met een detector te analyseren. Hoe groter de extra massa, des te groter de verandering van de trillingsfrequentie. Deze techniek is al eerder gebruikt om bacteriën en zelfs (nog lichtere) virussen te wegen. Maar het kan alleen in vacuüm en daarvoor moesten de bacteriën dood. Het vacuüm is nodig, omdat omringende lucht de trilling te veel beïnvloedt.

Thomas Burg en zijn collega’s hebben nu een methode gevonden om dit soort metingen toch met levende cellen of bacteriën uit te voeren. Ze maakten een dun kanaaltje in het trillende siliciumstaafje, waar ze een vloeistof doorheen pompten. Op die manier kon het staafje toch ongehinderd in een vacuüm trillen. Als levende cellen, bacteriën of nanodeeltjes door het silicium staafje stromen, verandert de trillingsfrequentie onder invloed van het gewicht van de deeltjes in de vloeistof.

De onderzoekers konden zo twee verschillende soorten bacteriën door weging van elkaar onderscheiden en zelfs de variatie in de gewichten binnen een bacteriekolonie in beeld te brengen.

Eén van de mogelijke, maar nog niet gerealiseerde toepassingen is het wegen en tellen van het type witte bloedcellen dat bij aids-patiënten door het virus wordt vernietigd. Daarmee is de voortgang van de ziekte te volgen. De apparaten (flowcytometers) waar dat nu mee gebeurt zijn kostbaar waardoor ze niet op grote schaal in ontwikkelingslanden worden gebruikt. Een microchip op basis van deze weegschaal zou een goedkoop en robuust alternatief betekenen. De gevoeligheid van de technologie kan volgens de onderzoekers bovendien nog met een factor duizend worden verbeterd door het staafje met zijn kanaaltjes kleiner uit te voeren. Rob van den Berg