STUDIU. Testarea biomarkerilor pentru diverse boli cronice, la domiciliu, dintr-o singură probă de aer, posibilă cu ajutorul unor noi tipuri de senzori
Oamenii de știință de la universitatea NYU Tandon au dezvoltat o serie de microcipuri care pot identifica mai mulți biomarkeri diferiți din aceeași probă de aer, în același timp, la concentrații foarte mici, cu o sensibilitate nemaiîntâlnită. Studiul publicat în jurnalul Nanoscale deschide calea proiectării unor noi generații de biosenzori ce au potențialul de a revoluționa diagnosticul bolilor cronice, nu numai al celor infecțioase. Datorită dimensiunilor reduse, pot fi folosiți în obținerea instrumentelor de diagnostic aflate la îndemâna oricui, nu numai în contexte clinice, precum testele de sarcină.
Ceea ce deosebește aceste microcipuri de alte prototipuri asemănătoare este scalabilitatea. Datorită tehnicilor prin care sunt proiectați, biosenzorii descriși în studiu pot fi produși la scară largă. Având capacitatea de a detecta multiplii biomarkeri dintr-o singură probă de aer, cu precizie și specificitate ridicate, microcipurile pot fi integrate în platforme complexe de diagnostic.
Microcipurile au la bază tranzistoare cu efect de câmp (field-effect transistors FETs), mici componente care pot fi personalizate astfel încât să funcționeze drept senzori și astfel să detecteze patogeni sau biomarkeri specifici, în timp real. Ulterior, interacțiunile biologice captate de componentele biosenzorului sunt transformate în semnale electrice măsurabile.
Proiectarea microcipurilor a fost posibilă cu ajutorul tSPL (thermal scanning probe lithography), tehnologie care a permis funcționalizarea fiecărui tranzistor în parte cu bioreceptori diferiți, la rezoluții de până la 20 nm.
„Tehnologia inovatoare demonstrată în acest articol utilizează tranzistoare cu efect de câmp, oferind o alternativă testelor de diagnostic chimice, pe bază de culoare, precum testele de sarcină. Această abordare avansată permite rezultate mai rapide, testarea markerilor pentru mai multe afecțiuni în același timp și transmiterea imediată a datelor către medic” – afirmă Davood Shahrjerdi, Professor of Electrical and Computer Engineering, NYU Tandon, co-director NYU NanoBioX initiative.
Cea mai mare provocare întâlnită până acum în dezvoltarea senzorilor bazați pe FET a constat în funcționalizarea lor în așa fel încât să poată identifica mai mulți biomarkeri diferiți, în același timp, din aceeași probă. Multe prototipuri asemănătoare sunt astfel incapabile să detecteze în paralel patogeni sau markeri biologici diferiți. În cazul microcipurilor descrise în studiul citat, funcționalizarea FET s-a făcut prin intermediul tehnologiei tSPL. În acest fel, fiecare tranzistor a fost personalizat pentru a detecta un anumit marker, în final integrându-se toate tranzistoarele într-un singur cip care poate detecta o gamă variată de semnale biologice.
Biosenzorii au fost testați în scopul identificării proteinei spike specifice SARS-CoV-2. Dispozitivele au condus la performanțe remarcabile, detectând concentrații de până la 3aM (attomolar) ale proteinei respective. În același timp, au fost capabile să diferențieze între SARS-CoV-2 și virusul influenza A.
Citește și:
- #ASH19. Microvasculature-on-chip: Vasele de sânge artificiale care permit studiul apariției, comportamentului și vindecării trombilor
- Intestine-on-a-chip: biotehnologia care permite înțelegerea mecanismelor fiziopatologice și genetice în cazul unei afecțiuni inflamatorii a intestinului la copii
- Neurons-on-chip: Primii neuroni artificiali, identici ca proprietăți și funcții cu cei biologici, dezvoltați în scopul vindecării afecțiunilor cronice