Las plataformas de microfluidos han revolucionado el diagnóstico médico en los últimos años. En lugar de enviar muestras de sangre u orina a un laboratorio para su análisis, los médicos pueden analizar una sola gota de sangre u orina de un paciente para detectar diversas enfermedades en el punto de atención sin la necesidadpara instrumentos caros. Sin embargo, antes de que la muestra pueda analizarse, los médicos deben insertar biomoléculas específicas de detección de enfermedades en la plataforma microfluídica. Al hacerlo, debe asegurarse de que estas biomoléculas estén bien unidas al interior del dispositivo para protegerla muestra entrante los expulsa. Como este paso preparatorio puede llevar mucho tiempo, sería ventajoso que las plataformas microfluídicas pudieran prepararse previamente con biomoléculas específicas selladas en su interior. Sin embargo, este proceso de sellado requiere la exposición de los componentes del dispositivo agas de alta energía o 'ionizado' y se desconoce si las biomoléculas pueden sobrevivir a este duro proceso.
Para responder a esta pregunta, los investigadores de la Universidad de Graduados del Instituto de Ciencia y Tecnología de Okinawa OIST han creado un nuevo sensor que detecta biomoléculas con mayor precisión que nunca. Este sensor se utilizó para demostrar que las biomoléculas pueden sellarse con éxito dentro de dispositivos microfluídicosLos resultados, publicados en nanoescala , tienen profundas implicaciones para el diagnóstico sanitario y abren oportunidades para producir dispositivos de análisis de sangre u orina con plataforma microfluídica preempaquetados.
Tradicionalmente, los sensores de semiconductores de óxido de metal MOS se utilizan para detectar la unión de las biomoléculas a una superficie mediante la medición de los cambios en la carga. Compuestos por una capa de semiconductores de silicio, una capa de aislante de vidrio y una capa de metal dorado, estos sensores están incorporados enun circuito eléctrico con la biomolécula colocada en un pozo de plástico lleno de electrolitos en la parte superior del sensor. Si luego aplica un voltaje y mide la corriente, puede calcular la carga de la lectura de capacitancia emitida. Las biomoléculas con diferentes cargas le darándiferentes lecturas de capacitancia, lo que le permite cuantificar la presencia de biomoléculas.
El novedoso sensor creado por investigadores de la Unidad Micro / Bio / Nanofluídica de OIST, mide la carga utilizando la misma técnica que los sensores convencionales, pero tiene la función adicional de medir la masa. En lugar de tener una capa sólida de metal dorado, la llamada nano-El sensor de semiconductores con aislante de metal nMIS tiene una capa de pequeñas islas de metal dorado. Si ilumina estas nanoestructuras, los electrones de la superficie comienzan a oscilar a una frecuencia específica. Cuando se agregan biomoléculas a estas nanoislas, la frecuencia de estas oscilaciones cambia proporcionalmentea la masa de la biomolécula. Según este cambio, puede utilizar esta técnica para medir la masa de la biomolécula y confirmar si sobrevive a la exposición al gas ionizado durante la encapsulación dentro de la plataforma microfluídica.
"Creamos un sensor simple que puede responder preguntas de química de superficie muy complejas", dice el Dr. Nikhil Bhalla, quien trabajó en la creación del sensor nMIS.
La medición de dos propiedades fundamentales de las reacciones químicas de la superficie en el mismo dispositivo significa que los investigadores pueden estar mucho más seguros de que las biomoléculas se han encapsulado con éxito dentro de la plataforma microfluídica. Una medición de carga o masa sola podría ser engañosa, haciendo que parezca que las biomoléculas tienenunido a una superficie cuando de hecho no lo han hecho. Tener más de una técnica en el mismo dispositivo significa que puede cambiar de un modo a otro para ver si tiene el mismo resultado.
"Los científicos tienen que validar una reacción con múltiples técnicas para confirmar que una observación es auténtica. Si tiene un sensor que permite la detección de dos parámetros en una sola plataforma, entonces es realmente beneficioso para la comunidad de detección".dice el Dr. Bhalla.
"Al combinar estas dos técnicas de medición simples en una plataforma compacta, abre las puertas para crear tecnologías de detección portátiles y confiables en el futuro", agrega Shivani Sathish, estudiante de doctorado.
En un experimento de prueba de concepto, al combinar información sobre la masa y la carga de la biomolécula, los científicos pudieron demostrar que una biomolécula común sobrevive a la exposición al gas ionizado a un nivel de energía específico. Una sola lectura de cargasolo da un resultado engañoso, pero mirar juntos los parámetros complementarios permite una detección de biomoléculas más precisa.
Este novedoso sensor nMIS podría usarse para crear plataformas microfluídicas que evalúen diversas enfermedades. Al medir la carga y la masa con el sensor nMIS, los investigadores pueden garantizar que las biomoléculas detectoras de enfermedades estén selladas y funcionen correctamente dentro del dispositivo de prueba.
"Sería como una prueba de embarazo preempaquetada", dice la profesora Amy Shen, jefa de la Unidad Micro / Bio / Nanofluídica de OIST. "Si ya hay algo adsorbido, entonces todo lo que tiene que hacer es introducir cualquier muestra que esté usando, como orina o sangre "
También podría ser posible combinar varios biomarcadores en el mismo dispositivo para detectar diferentes enfermedades al mismo tiempo. Al integrar esta tecnología de detección dual con los dispositivos listos para usar, ofrece una gran promesa en el campo del diagnóstico sanitariodebido a sus ventajas de portabilidad y pruebas de punto de atención.
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Materiales proporcionado por Universidad de Posgrado del Instituto de Ciencia y Tecnología de Okinawa OIST . Nota: El contenido puede ser editado por estilo y longitud.
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