Un pequeño rectángulo de vidrio rosa, del tamaño de un sello postal, se sienta en el escritorio de la profesora Amy Shen. A pesar de su apariencia aparentemente modesta, este pequeño portaobjetos de vidrio tiene el potencial de revolucionar una amplia gama de procesos, desde el monitoreo de la calidad de los alimentos hastadiagnóstico de enfermedades.
El portaobjetos está hecho de un material 'nanoplasmónico': su superficie está recubierta de millones de nanoestructuras de oro, cada una de ellas con un tamaño de unas pocas billonésimas de metro cuadrado. Los materiales plasmónicos absorben y dispersan la luz de formas interesantes, lo que les da una sensación únicapropiedades Los materiales nanoplasmónicos han atraído la atención de biólogos, químicos, físicos y científicos de materiales, con posibles usos en una amplia gama de campos, como biosensores, almacenamiento de datos, generación de luz y células solares.
En varios artículos recientes, el Prof. Shen y sus colegas de la Unidad de Micro / Bio / Nanofluídica del Instituto de Ciencia y Tecnología de Okinawa OIST, describieron su creación de un nuevo material biosensible que puede usarse para monitorear procesos en células vivas.
"Uno de los principales objetivos de la nanoplasmónica es buscar mejores formas de monitorear los procesos en las células vivas en tiempo real", dice el profesor Shen. La captura de dicha información puede revelar pistas sobre el comportamiento celular, pero la creación de nanomateriales en los que las células pueden sobrevivirdurante largos períodos de tiempo, sin embargo, no interferir con los procesos celulares que se miden es un desafío, explica.
Contando celdas divisorias
Uno de los nuevos biosensores del equipo está hecho de un material nanoplasmónico que puede acomodar una gran cantidad de células en un solo sustrato y monitorear la proliferación celular, un proceso fundamental que involucra el crecimiento y la división celular, en tiempo real. Ver este procesoen acción puede revelar información importante sobre la salud y las funciones de las células y los tejidos.
Investigadores de la Unidad de Micro / Bio / Nanofluídica de OIST describieron el sensor en un estudio publicado recientemente en la revista Biosistemas avanzados .
La característica más atractiva del material es que permite que las células sobrevivan durante largos períodos de tiempo. "Por lo general, cuando se colocan células vivas en un nanomaterial, ese material es tóxico y las mata", dice el Dr. Nikhil Bhalla,investigador postdoctoral en OIST y primer autor del artículo. "Sin embargo, utilizando nuestro material, las células sobrevivieron durante más de siete días". El material nanoplasmónico también es muy sensible: puede detectar un aumento de células tan pequeñas como 16 en 1000 células.
El material se parece a un vidrio ordinario. Sin embargo, la superficie está cubierta de pequeñas estructuras nanoplasmónicas en forma de hongo, conocidas como hongos, con tallos de dióxido de silicio y capas de oro. Juntos, forman un biosensor capaz de detectarinteracciones a nivel molecular.
El biosensor funciona usando las tapas de nanomushroom como antenas ópticas. Cuando la luz blanca pasa a través del portaobjetos nanoplasmónico, los nanomushrooms absorben y dispersan parte de la luz, cambiando sus propiedades. La absorbancia y la dispersión de la luz están determinadas por el tamaño, la formay material del nanomaterial y, lo que es más importante, también se ve afectado por cualquier medio cercano al nanomushroom, como las células que se han colocado en el portaobjetos. Al medir cómo ha cambiado la luz una vez que emerge por el otro lado della diapositiva, los investigadores pueden detectar y monitorear procesos que ocurren en la superficie del sensor, como la división celular.
"Normalmente, debe agregar etiquetas, como colorantes o moléculas, a las células, para poder contar las células en división", dice el Dr. Bhalla. "Sin embargo, con nuestro método, los hongos pueden detectarlos directamente".
Ampliación
Este trabajo se basa en un nuevo método, desarrollado por científicos de la Unidad de Micro / Bio / Nanofluídica en OIST, para fabricar biosensores de nanomushroom. La técnica fue publicada en la revista ACS Applied Materials and Interfaces en diciembre de 2017.
La producción de materiales nanoplasmónicos a gran escala es un desafío porque es difícil garantizar la uniformidad en toda la superficie del material. Por esta razón, todavía faltan biosensores para exámenes clínicos de rutina, como pruebas de enfermedades.
En respuesta a este problema, los investigadores de OIST desarrollaron una nueva técnica de impresión para crear biosensores de nanomushroom a gran escala. Con su método, pudieron desarrollar un material que consistía en aproximadamente un millón de estructuras en forma de hongo en 2.5cm por 7.5cm sustrato de dióxido de silicio.
"Nuestra técnica es como tomar un sello, cubrirlo con tinta hecha de moléculas biológicas e imprimir en el portaobjetos nanoplasmónico", dice Shivani Sathish, estudiante de doctorado en OIST y coautor del artículo. Las moléculas biológicas aumentansensibilidad del material, lo que significa que puede detectar concentraciones extremadamente bajas de sustancias, como anticuerpos, y por lo tanto, potencialmente detectar enfermedades en sus primeras etapas.
"Usando nuestro método, es posible crear un biosensor altamente sensible que puede detectar incluso moléculas individuales", dice el Dr. Bhalla, primer autor del artículo.
Los sensores de plasma y nanoplasmónicos ofrecen herramientas importantes para muchos campos, desde la electrónica hasta la producción de alimentos y la medicina. Por ejemplo, en diciembre de 2017, la estudiante de doctorado Ainash Garifullina de segundo año de la Unidad desarrolló un nuevo material plasmónico para controlar la calidad de los alimentos.productos durante el proceso de fabricación. Los resultados se publicaron en la revista Analytical Methods.
La profesora Shen y su unidad dicen que, en el futuro, los materiales nanoplasmónicos pueden incluso integrarse con tecnologías emergentes, como los sistemas inalámbricos en dispositivos microfluídicos, lo que permite a los usuarios tomar lecturas de forma remota y, por lo tanto, minimizar el riesgo de contaminación.
Fuente de la historia :
Materiales proporcionado por Universidad de Posgrado del Instituto de Ciencia y Tecnología de Okinawa OIST . Original escrito por Sophie Protheroe. Nota: El contenido puede ser editado por estilo y longitud.
Referencia del diario :
Cite esta página :