Por primera vez, los investigadores han utilizado un sensor basado en un chip con un láser integrado para detectar niveles muy bajos de un biomarcador de proteína cancerosa en una muestra de orina. La nueva tecnología es más sensible que otros diseños y podría dar lugar a efectos no invasivosy formas económicas de detectar moléculas que indican la presencia o progresión de una enfermedad.
"Los métodos actuales para medir los niveles de biomarcadores son caros y sofisticados, requieren biopsias y análisis en laboratorios especializados", dijo la líder del equipo de investigación Sonia M. García-Blanco de la Universidad de Twente en los Países Bajos. "La nueva tecnología que desarrollamos allana el caminoforma de detección más rápida y ultrasensible de paneles de biomarcadores que permitirán a los médicos tomar decisiones oportunas que mejoren el diagnóstico personalizado y el tratamiento de afecciones médicas, incluido el cáncer ".
En la revista The Optical Society OSA Cartas ópticas , un grupo multiinstitucional de investigadores financiado por el proyecto europeo H2020 GLAM biosensor de vidrio multiplexado, muestra que el nuevo sensor puede realizar una detección sin etiquetas de S100A4, una proteína asociada con el desarrollo de tumores humanos, a niveles clínicamentepertinente.
"El biosensor podría habilitar dispositivos de punto de atención que detecten simultáneamente varias enfermedades", dijo García-Blanco. "Su operación es simple y no requiere tratamientos de muestra complicados ni operación del sensor, por lo que es un excelente candidato para aplicaciones clínicas"
Los investigadores dicen que el sensor también tiene potencial para aplicaciones no biomédicas. Por ejemplo, también se puede usar para detectar diferentes tipos de gases o mezclas líquidas.
Creando un sensor de alta sensibilidad
El nuevo sensor basado en chips detecta la presencia de moléculas específicas al iluminar la muestra con luz de un láser de microdiscos en el chip. Cuando la luz interactúa con el biomarcador de interés, el color o la frecuencia de esta luz láser cambia en unforma detectable
Para realizar la detección en muestras de orina, los investigadores tuvieron que descubrir cómo integrar un láser que pudiera funcionar en un entorno líquido. Se dirigieron al material fotónico óxido de aluminio, porque cuando se dopa con iones de iterbio se puede utilizar para fabricar unláser que emite en un rango de longitud de onda fuera de la banda de absorción de luz del agua mientras permite la detección precisa de los biomarcadores.
"Aunque ya existen sensores basados en el monitoreo de los cambios de frecuencia de los láseres, a menudo vienen en geometrías que no se integran fácilmente en pequeños chips fotónicos desechables", dijo García-Blanco. "El óxido de aluminio se puede fabricar fácilmente monolíticamente en chip yes compatible con los procedimientos estándar de fabricación electrónica. Esto significa que los sensores se pueden producir a gran escala industrial ".
El uso de un láser de microdiscos en lugar de los resonadores de anillo no láser utilizados en otros sensores similares abre la puerta a una sensibilidad sin precedentes. La sensibilidad proviene del hecho de que el ancho de línea láser es mucho más estrecho que las resonancias de los resonadores de anillo pasivo. Una vez que hay otro ruidose eliminan fuentes, como el ruido térmico, este método permitirá la detección de cambios de frecuencia muy pequeños de biomarcadores a concentraciones muy bajas.
Detección de concentraciones mínimas de biomarcadores
Después de desarrollar y aplicar un tratamiento de superficie que captura los biomarcadores de interés en líquidos complejos como la orina, los investigadores probaron el nuevo sensor con orina sintética que contiene niveles de biomarcadores conocidos. Pudieron detectar S100A4 a concentraciones tan bajas como 300 picomolar.
"La detección en este rango de concentración muestra el potencial de la plataforma para la biodetección sin etiquetas", dijo García-Blanco. "Además, el módulo de detección puede ser potencialmente muy simple usando la tecnología desarrollada, acercándolo un paso más alaplicación final fuera del laboratorio "
Los investigadores están trabajando para incorporar todas las fuentes ópticas relevantes y componentes de generación de señal en el chip para hacer que el dispositivo sea aún más simple de operar. También desean desarrollar varios recubrimientos que permitan la detección paralela de una gran variedad de biomarcadores.
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Materiales proporcionado por La sociedad óptica . Nota: El contenido puede ser editado por estilo y longitud.
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