Dispositivos de diagnóstico molecular son cada vez más con el avance de las tecnologías de miniaturización. Existe un interés creciente en el campo de la investigación de biosensores en las plataformas en miniatura. La miniaturización es esencial para la monitorización in vivo fisiológicos, varios conjuntos de sensores especificidad, la portabilidad del sensor y minimiza el volumen de la muestra. Biosensores convencionales necesidad de embalaje extensa, compleja interfaz electrónica y un mantenimiento regular. Estos inconvenientes se podría reducir el uso de dispositivos MEMS que integran la electrónica y las estructuras micromecánica en los chips. Microcantilevers se han empleado para la detección de características físicas, químicas y biológicas. Tienen también tienen amplias aplicaciones en el campo de la medicina, específicamente para la detección de enfermedades, la detección de mutaciones puntuales, monitoreo de glucosa en la sangre y la detección de agentes de guerra química y biológica. Estos sensores tienen varias ventajas sobre las técnicas analíticas convencionales en términos de alta sensibilidad, bajo costo, simple procedimiento, requisito analito bajo (en l), los procedimientos no peligrosos y respuesta rápida. Además, la tecnología se ha desarrollado en los últimos años para la fabricación y el uso de nanopalancas para aplicaciones de detección, lo que da lugar a nanoelectromechani sistemas de cal (NEMS). Esta situación ha incrementado el límite de la sensibilidad hasta el punto de que los investigadores pueden ahora visualizar el conteo de las moléculas. Con la capacidad de análisis de alto rendimiento de los analitos y la detección ultrasensible, esta tecnología ofrece grandes promesas de la nueva generación de sensores miniaturizados y muy sensible. La detección de masas sensibles en microcantilevers A microcantilever es un dispositivo que puede actuar como un sensor de física, química o biológica mediante la detección de cambios en la frecuencia de vibración o flexión del cantilever. Es la contraparte en miniatura de un trampolín que se mueve hacia arriba y hacia abajo a intervalos regulares. Este movimiento cambia cuando una masa específica de la sustancia analizada es específicamente adsorbidos en su superficie similar a la del cambio, cuando una persona pisa sobre el trampolín. Pero microcantilevers son un millón de veces más pequeño que el trampolín que tiene dimensiones en micras y formas diferentes, como se muestra en la figura 1.  Figura 1. Diferentes tipos de microcantilevers (ver arriba) (a) rectangular (b) Doble las piernas (c) Triangular. Moléculas adsorbidas en una microcantilever causar cambios vibratorios de frecuencia y la desviación de la microcantilever. Índice de viscosidad, densidad y flujo puede medirse mediante la detección de cambios en la frecuencia de vibración. Otra forma de detectar molecular de adsorción es mediante la medición de la deflexión del cantilever debido a la tensión de adsorción de un solo lado de la viga. Dependiendo de la naturaleza del enlace químico de la molécula, la desviación puede ser hacia arriba o hacia abajo. Biochips con los sistemas de detección mecánicos suelen utilizar microcantilever bi-material (por ejemplo, Au-Si) vigas como elementos sensores. El lado Au generalmente se cubre con un receptor determinado. Tras la unión de la sustancia analizada (por ejemplo, moléculas biológicas, como las proteínas o agentes biológicos) con el receptor, el receptor de la superficie está bien tensada o aliviado. Esto hace que el microcantilever para desviar, por lo general en nanómetros, que puede medirse mediante técnicas ópticas. La desviación es proporcional a la concentración del analito. El concepto ha sido empleado en la detección de ciertas enfermedades como el cáncer y la detección de productos químicos específicos y agentes de guerra biológica. Microcantilever Métodos de detección de la desviación La desviación piezoresistivos método de detección El método piezoresistivo [6-8] consiste en la incorporación de un material piezo cerca de la superficie superior de la ménsula para registrar el cambio de tensión que ocurren en la superficie del cantilever. A medida que el microcantilever desvía, se somete a un cambio de la tensión que se aplicarán a la cepa piezoresistor, causando con ello un cambio en la resistencia que se puede medir por medios electrónicos. La ventaja del método piezoresistivo es que el sistema de lectura puede ser integrado en el chip. La desventaja es que la resolución de la desviación para el sistema de lectura piezoresistivo es sólo un nanómetro en comparación con un Angstrom por el método de detección óptica. Otra desventaja de este método es que una piezoresistor tiene que estar integrada en el voladizo. La fabricación de un voladizo con una estructura de material compuesto es más complicado. El material piezoresistor en el haz debe estar localizado lo más cerca posible una de las superficies de la viga como sea posible para la máxima sensibilidad. El tipo de dopaje se utiliza para la fabricación del material piezoresistivo es un factor importante. El coeficiente piezoresistivo de N-tipo silicio es mayor que la de P-tipo. La resistencia de un cambio material piezoresistivo cuando la tensión se aplica a ella. El cambio relativo en la resistencia como función de la tensión aplicada puede ser escrito como:  donde K denota el factor de Gage, que es un parámetro material. Los subíndices l y t se refieren a la longitudinal y transversal de la parte del factor de Gage. La sensibilidad de un piezoresistor varía proporcionalmente al espesor t y el radio de curvatura. El factor Gage es proporcional al módulo de Young, E, que es la característica intrínseca del material. El factor de medidor también puede ser calculado directamente por el esfuerzo los voladizos y la medición de la resistencia al cambio.  donde d es la deformación en el material y R es la resistencia. Para un dispositivo sensible, el factor de medidor debe ser del orden de 100. La viga en voladizo piezoresistivo puede ser utilizado como un brazo del circuito Puente de Wheatstone como se muestra en la figura 2.  Figura 2. El circuito Puente de Wheatstone utilizado para la microcantilever piezoresistivo. La resistencia del brazo de la resistencia variable (  ) En la figura anterior se puede determinar mediante la fórmula de divisor de tensión común y se muestra a continuación:  No habría un cambio de resistencia cada vez que el voladizo se somete a una desviación. La desviación óptica Método de detección de El método óptico [8], como se muestra en la figura 3, emplea un rayo láser de muy baja potencia de la orden de que no afecta a las biomoléculas como revestimiento sobre la superficie de la microcantilever y un detector sensible a la posición (PSD). El rayo láser cae sobre el voladizo y se refleja en la capa de oro recubiertas en la superficie de la viga le da un espejo casi como el final. El rayo reflejado cae en el PSD. Cuando el cantilever es desviarse es decir, no está cubierto con una molécula, el rayo láser podría caer en un punto particular en el PSD. A medida que la desvía en voladizo, la posición de los cambios de haz, que, a su vez, se calcula utilizando la electrónica adecuada. La ventaja de este sistema de detección es que es capaz de detectar la desviación en el rango de sub-nanométrica. Pero este método también tiene sus propias desventajas. La presencia de un rayo láser enfocado en un entorno celular líquido puede dar lugar a otras cuestiones de gestión térmica que dan lugar a lecturas extrañas. En segundo lugar, el sistema de alineación es costoso e implica una gran precisión, que en última instancia, puede elevar el costo del kit de diagnóstico conjunto. Además, también reduce la portabilidad del kit.  Figura 3. Esquema de un sistema de detección óptica para la detección de la desviación microcantilever. La luz láser reflejada por la microcantilever desviado cae en una posición diferente en el PSD. Dependiendo de la distancia entre las dos posiciones del haz de láser en el PSD, la desviación de la microcantilever se determina. La desviación capacitivo Método de detección de El método capacitivo [9] se basa en el principio de que la desviación en voladizo se lleva a cabo debido a la adsorción de la sustancia analizada, la capacidad de un condensador plano es cambiado. Aquí el microcantilever es una de las dos placas del condensador. Esta técnica de deflexión es muy sensible y permite el desplazamiento absoluto. Pero esta técnica no es adecuada para medir grandes desplazamientos. Por otra parte, no funciona en soluciones de electrolitos debido a las corrientes farádica entre las placas capacitivas. Por lo tanto, está limitada en sus aplicaciones de detección. La desviación de Interferometría Método de detección de Este método de detección óptica [10,11] se basa en la interferencia de un rayo láser de referencia con el rayo láser se refleja en el voladizo. El extremo cortado de una fibra óptica se acerca a la superficie del cantilever. Una parte de la luz se refleja en la interfase entre la fibra y los medios circundantes, y la otra parte se refleja en la parte trasera en voladizo en la fibra. Estos dos haces interfieren en el interior de la fibra, y la interferencia de la señal se puede medir con un fotodiodo. La interferometría es un método altamente sensible proporciona una medida directa y absoluta de desplazamiento. En este método, la luz tiene que ser llevado cerca de la superficie del cantilever para obtener suficiente luz reflejada. Ópticos de fibra de micrones de distancia desde el extremo libre de la microcantilever podría medir la desviación de 0,01 rango. Sin embargo, el posicionamiento de las fibras es una tarea difícil. El método funciona bien para pequeños desplazamientos, pero es menos sensible en los líquidos y por lo tanto, de uso limitado en las aplicaciones de biosensor. La rejilla de difracción óptica Método de detección de la desviación La luz láser reflejada por los voladizos interdigitados forma un patrón de difracción en el que la intensidad es proporcional a la desviación en voladizo [12]. Esto puede ser usado para la microscopía de fuerza atómica, detección de infrarrojos y sensores químicos. El dispositivo de carga acoplada (CCD) Método de detección de Una cámara CCD para medir la deflexión del cantilever, en respuesta al analito fue usado por Kim y colaboradores [13]. El detector sensible a la posición aquí es la cámara CCD que registra el rayo láser desviado de la ménsula. Propiedades mecánicas de los voladizos Los parámetros básicos de mecánica de un cantilever son la constante del resorte y la frecuencia de resonancia. La constante de resorte k es el factor de proporcionalidad entre la fuerza aplicada, F y la flexión que resulta de la viga, z. Esta relación se denomina ley de Hooke. F =-kz La constante del resorte se obtiene la rigidez de la viga. Por un voladizo rectangular de longitud l, la constante del resorte se puede escribir como  donde E es el módulo de Young y es el momento de inercia. Un resorte de constante típica de un voladizo de estrés sensible está en el rango de 1 mN / m para un N / m. La resolución de frecuencia de resonancia f de un voladizo rectangular simple se puede expresar como  donde ρ es la densidad de masa, h y w denota la altura y la anchura de la viga, respectivamente. El momento de inercia de un voladizo rectangular se puede escribir como  Una expresión más simple para la frecuencia de resonancia se puede escribir en función de la constante del resorte como  donde la masa, m = ρ.hlw La relación muestra que la frecuencia de resonancia aumenta en función del aumento constante del resorte y de la disminución de la masa en voladizo. El uso de microcantilevers se ha entendido en todo el mundo, pero la biomecánica [14] y el mecanismo subyacente de la desviación microcantilever aún no está plenamente establecido. Comportamiento de la flexión de las vigas en voladizo Una tensión uniforme en la superficie que actúa sobre un aumento de material isótropo (en el caso de esfuerzos de compresión) o disminuye (en caso de resistencia a la tensión) de la superficie como se muestra en la figura 4. Si este esfuerzo no se compensa en el lado opuesto de una placa delgada o una viga, la estructura entera se doblará. Entre las áreas de tensión de compresión y tracción, hay un plano neutro que no se deforma. Debido a la flexión, una fuerza F actúa a una distancia de x en los resultados de plano neutro en un momento de flexión M = Fx Por lo tanto, el radio de curvatura R está dada por: 1 / R = d 2 z / dx 2 = M / EI donde E es el módulo de Young aparente y que es el momento de inercia dado por la siguiente ecuación para vigas rectangulares  El cambio en la tensión superficial en un lado de la viga será causa de flexión estática, y el momento flector se puede calcular como:  Δσ = σ 1 - σ 2 es la tensión superficial diferencial con σ 1 y σ 2 como la tensión superficial en la parte superior e inferior de la viga, respectivamente (figura 5). La inserción de estos valores de I y M en la primera ecuación da la fórmula Stoney [15]:   Figura 4. Flexión de una viga en respuesta a esfuerzos de compresión y tracción. (A) la tensión superficial a la compresión debido a la repulsión entre las biomoléculas conduce a la desviación a la baja / negativo de la viga en voladizo. (B) la tensión a la tracción de la superficie debido a la atracción entre las moléculas conduce a la desviación hacia arriba / positivos de la viga en voladizo.  Figura 5. Vista lateral de una viga delgada de espesor t sometidos a esfuerzos de compresión. σ 1 es la tensión en la superficie superior y σ 2 es la tensión en la superficie inferior del voladizo. Las curvas viga en voladizo con un radio constante de curvatura R. Teniendo en cuenta las condiciones de contorno de un voladizo (R »L), la ecuación anterior se puede resolver y el desplazamiento de los voladizos se puede escribir como:  Los cambios en la tensión superficial puede ser el resultado del proceso de adsorción o interacciones electrostáticas entre las moléculas cargadas en la superficie, así como los cambios en la hidrofobicidad de superficie y los cambios conformacionales de las moléculas adsorbidas. Además de la superficie inducida por el estrés de flexión, la expansión del volumen de voladizos bimaterial puede resultar en una flexión estática. Un voladizo bimaterial se somete a flexión debido a la adsorción de gases, si los coeficientes de la expansión del volumen de los dos materiales son diferentes. Sensores microcantilever Aplicaciones de los biosensores la demanda de métodos rápidos y fáciles de usar, barato y altamente sensible para la detección de analitos junto con la capacidad de selección de alto rendimiento. Todos estos puntos pueden ser cumplidas por los sensores de cantilever micromecanizados, que son por lo tanto, los candidatos ideales para aplicaciones de biosensores. Las diversas aplicaciones de los sensores basados en microcantilever se resumen en la figura 6.  Figura 6. Aplicaciones de la base microcantilever sensores. Sensores microcantilever base [16] son los dispositivos MEMS simples que ofrecen un futuro muy prometedor para el desarrollo de nuevos sensores físicos, químicos y biológicos. Son los sistemas de analito más reciente y más avanzada de detección con el límite de detección muy por debajo de las más avanzadas técnicas empleadas actualmente. La masa de los analitos adsorbidos provoca la curvatura de la nanomecánica microcantilever. El cambio de masa en la superficie microcantilever debido a la unión de las moléculas de analito es directamente proporcional a la desviación de la microcantilever. De este modo, tanto cualitativos como cuantitativos de detección de analitos se pueden realizar. Los materiales utilizados en voladizos Comercial Los voladizos comerciales suelen ser de silicio, nitruro de silicio o de óxido de silicio y están disponibles en una amplia variedad de formas, dimensiones y sensibilidades fuerza. Los acontecimientos recientes combinan las últimas circuito integrado (IC) y el semiconductor complementario de óxido metálico (CMOS) para producir tecnologías inteligentes voladizos muy pequeños en forma de una matriz. Voladizos en los modos de uso sin contacto En los últimos años han sido testigos de un segundo paso evolutivo en el uso de voladizos por el que ya no se pone en contacto con la superficie. Ahora se usan en los sistemas de sensores proporciona un nuevo tipo de transductor miniaturizado basado en los principios fundamentales de la física, como el efecto bimetálico, tensión superficial, o el oscilador armónico. Ventajas de la base microcantilever Sensores Sensores microcantilever base tienen un enorme potencial para la detección de analitos diferentes en el vacío gaseoso, y el medio líquido. Que han despertado un considerable interés debido a su alta especificidad, alta sensibilidad, simplicidad, bajo costo, el requisito de analito bajo (en l), no peligrosos procedimiento con menos pasos, una respuesta rápida y baja demanda de potencia. Sustancias a nivel de trazas la actualidad se detecta mediante diversas técnicas como la cromatografía líquida de alta eficacia (HPLC), cromatografía en capa fina (TLC), cromatografía de gases (GC), cromatografía de líquidos de gas (GLC), etc Sin embargo, estas técnicas son complejas, consumen mucho tiempo, costosos y requieren la instrumentación voluminosa. También la preparación de muestras es un proceso complejo y prolongado requiere de personal capacitado. Sin embargo, los sensores basados en microcantilever-puede detectar cantidades mínimas de sustancias en partes por billón (ppb) y partes por trillón (ppt). Que traducen el reconocimiento biomolecular en la flexión de la nanomecánica microcantilever [17]. Las fuerzas intermoleculares que surgen de la adsorción de las moléculas de analito en la microcantilever inducir tensión de superficie, como consecuencia directa de la flexión de la nanomecánica microcantilever. Las aplicaciones de detección de micropalancas en Física y Química Los sensores basados en voladizo tienen amplias aplicaciones en la física y la química. Pueden ser utilizados para medir las velocidades de las ondas sonoras, las presiones y los caudales de líquido, y se puede ajustar para recoger de forma selectiva las vibraciones acústicas. Biotoxinas puede ser detectado con una sensibilidad a nivel de ppt por el revestimiento de un lado de la ménsula con anticuerpos monoclonales específicos para las biotoxinas en particular. Los efectos de los pequeños cambios de presión atmosférica se puede sentir en la resonancia del cantilever vibración. Efectos de la exposición a las radiaciones ultravioleta puede ser percibido por la elección del revestimiento polimérico adecuado. Se ha observado que los voladizos de nitruro de silicio recubierto con oro, por un lado son muy sensibles a los cambios de pH. Sobre esta base, basado en sensores de cantilever se pueden hacer para detectar el cambio de pH. También han sido utilizados para detectar vapor de mercurio, la humedad, el gas natural, mezclas de gases, tolueno y plomo en el agua. Tipos de sensores basados en Micro y nanopalancas Sensores de humedad La humedad en el ambiente se puede medir si un lado de microcantilever está recubierta con gelatina [18]. La gelatina se une a los vapores de agua presente en la atmósfera, causando la flexión del cantilever. Los investigadores de Oak Ridge National Laboratory (ORNL), EE.UU. mostró que el voladizo recubierta con materiales higroscópicos tales como el ácido fosfórico puede ser utilizado como un sensor para la detección de vapor de agua con picogramos resolución de masas [19]. Cuando los vapores de agua son absorbidos en la superficie recubierta del cantilever, hay un cambio en la frecuencia de resonancia de micropalancas y la deflexión en voladizo. La sensibilidad de microcantilevers se puede aumentar mediante el recubrimiento de la superficie con materiales que tienen una alta afinidad por el analito. Sensores de herbicidas Microcantilevers se han utilizado para detectar la concentración de herbicidas en el medio líquido por Roberto Raiteri y compañeros de trabajo [20]. El herbicida 2,4-diclorofenoxiacético (2,4-D) se recubrió en la superficie superior de la viga. El anticuerpo monoclonal contra el 2,4-D fue proporcionada a continuación, el cantilever. La interacción específica entre el anticuerpo monoclonal y el herbicida causó la flexión del cantilever. Mucha de la investigación se va a desarrollar immunobiosensors recubiertas de anticuerpo en voladizo para la detección de plaguicidas organoclorados y organofosforados y herbicidas presentes en ng / l de concentración en medios acuosos. Álvarez y sus colaboradores demostraron el uso de micropalancas para la detección de pesticidas dipheny dicloro difenil-tricloroetano (DDT) [21]. Los sensores de metal Ion Microcantilever sensores han sido empleados para detectar una concentración de 10 -9 M CrO 4 2 - en una celda de flujo [22]. En este dispositivo, una capa de auto-ensamblado de bromuro de amonio trietil-12-mercaptododecyl en la superficie microcantilever recubiertas de oro fue utilizado. Microcantilevers podrían ser utilizados para la detección química de una serie de analitos gaseosos. Un sensor de multielementos dispositivo serie utilizando microcantilevers se puede hacer para detectar iones diferentes al mismo tiempo. Sensores de temperatura / sensores de calor Los cambios de temperatura y el calor doblar un voladizo compuesto de materiales con diferentes coeficientes de expansión térmica por el efecto bimetálico. Sensores basados microcantilever pueden medir los cambios de temperatura tan pequeñas como 10 -5 K y puede ser utilizado para la medición térmica foto. Pueden ser utilizados como microcalorímetros para estudiar la evolución de calor en las reacciones químicas catalíticas y cambios de entalpía en las transiciones de fase. Microcantilevers bimetálica puede realizar espectroscopia fototérmica [23] con una sensibilidad de 150 FJ y una resolución de tiempo sub-milisegundos. Que pueden detectar los cambios de temperatura con una sensibilidad attojoule. Sensores de viscosidad Los cambios en el medio viscoelasticidad cambiar la frecuencia de resonancia en voladizo. Un medio muy viscoso que rodea el voladizo, así como una masa húmeda se añade la oscilación voladizo reducir su frecuencia de resonancia fundamental. Voladizos tanto, se puede vibrar por actuadores piezoeléctricos que resuenan y se utiliza como medidores de viscosidad [24]. Sensores calorimetría En estos sensores, sólo los cambios de temperatura se van a medir [25,26]. La mayoría de las reacciones químicas están asociados con un cambio en el calor. Por lo tanto, la calorimetría tiene un tremendo potencial para identificar una amplia gama de compuestos. Enzimas como la glucosa oxidasa puede ser inmovilizado y revestida en la superficie de la microcantilever, que reaccionan específicamente con la glucosa en la solución que produce una señal calorimétrica reconocible. Debido a la pequeña masa térmica y la sensibilidad del cantilever, sensores que emplean la calorimetría voladizos será la próxima generación de sensores para la detección de los cambios de temperatura. Sensor de detección de partículas magnéticas Baselt y compañeros de trabajo [27] se explica la posibilidad de utilizar microcantilevers como transductores de fuerza para detectar la presencia de revestimiento receptor de partículas magnéticas. Es posible detectar la presencia de un solo tamaño de micras magnético se pegue bolas en la superficie del cantilever funcionalizado mediante la aplicación de un campo magnético externo y medir la desviación de la microcantilever. Un sensor extremadamente sensible puede ser hecha por el etiquetado de la sustancia analizada con bolas magnéticas. Los sensores de telemetría basado en voladizo Sensores de cantilever base de telemetría [28] se desplegará dispositivos fieldable para transmitir los datos pertinentes a las estaciones de recolección central. Se permitirá el uso de unidades móviles o lleve por el personal y reemplazar los sensores conectados en algunas aplicaciones. Los investigadores de ORNL están construyendo un chip microfabricated con una función de procesamiento electrónico y telemetría. Ellos también están trabajando en un método para detectar las diferentes especies. Microsensores para supervisar el almacenamiento de misiles y las necesidades de mantenimiento Miniaturizados sensores microcantilever base con capacidad de monitoreo remoto inalámbrico se han empleado para ganar la penetración en condición de reserva [29]. Esta tecnología va a evaluar la vida útil de municiones en base a parámetros ambientales como humedad, temperatura, presión, golpes y la corrosión, así como otros indicadores de la degradación del propulsor como de NOx. Detectores de un solo chip con la electrónica y la telemetría se podría desarrollar con varios cientos de voladizos como una matriz para controlar al mismo tiempo, identificar y cuantificar muchos parámetros importantes. Sensores de corrosión han limitado la vida en ambientes de moderada a severa. Sistemas tienen que ser construidos para recoger datos ambientales para un mejor conocimiento de las condiciones ambientales. Hay una necesidad de desarrollar materiales como zeolitas [30] para su uso como recubrimientos de sensibilización para la detección específica. Las zeolitas son aluminosilicatos estructuras térmicamente estable, marco que se utiliza comercialmente como tamices moleculares, catalizadores, intercambiadores iónicos y los absorbentes químicos. Muestran excelente selectividad y selectiva propiedades desorción térmica. A distancia por infrarrojos Sensores de detección de radiación Un mando a distancia por infrarrojos (IR) del sensor de detección de radiación ha sido desarrollado por Oden y compañeros de trabajo [31]. El sensor se compone de un voladizo piezoresistivo recubierto con una capa de absorción de calor. Microcantilevers piezoresistivo representan un importante avance en la tecnología de detección de IR no refrigerados. El voladizo se somete a flexión debido a la tensión diferencial entre el recubrimiento y el sustrato. La flexión del cantilever produce un cambio en la piezoresistance, que es proporcional a la cantidad de calor absorbido. Las variaciones de temperatura pueden ser detectados mediante el recubrimiento de la ménsula con un material diferente, que hace que el efecto bimetálico que resulta en la flexión del cantilever. Por lo tanto, la detección colorimétrica de las reacciones químicas se puede hacer. Oro negro podría servir como material de absorción de IR. Alto de expansión térmica revestimientos bimaterial como Al, Pb y Zn se podrían utilizar para aumentar la flexión inducido térmicamente de la microcantilever. Dos matrices voladizo dimensiones se puede utilizar para imagen IR, ya que son simples, altamente sensible y responder rápidamente. Dispositivos de detección de explosivos Se cree que los perros tienen el poder olor increíble, la razón por la que se utilizan ampliamente en la detección de explosivos. Los perros pueden detectar explosivos por inhalación de productos químicos orgánicos fácilmente vaporizados presentes en concentraciones tan bajas como partes por mil millones. Muchos grupos están llevando a cabo la investigación activa, con la intención de hacer una 'nariz-en-un-chip' dispositivo que tiene el poder oler exactamente similar a la nariz del perro. En esta "nariz-en-un-chip" dispositivo [32,33], una amplia microcantilever podrían ser utilizados en el que cada voladizo será cubierta de manera diferente a recoger un compuesto orgánico específico. Se puede incorporar en nuestro artículo el uso diario como los zapatos, caminar caña, etc bolso para detectar los explosivos sin que los culpables saber sobre la operación de búsqueda. El dispositivo sería un gran logro desde el punto de vista de seguridad y que la prevención de accidentes de gran tamaño. A microcantilever recubiertas con platino o un metal de transición puede reaccionar con el trinitrotolueno (TNT) si se calienta a 570 ° C y se mantiene a esa temperatura durante 0,1 segundos. La reacción de TNT con el revestimiento en voladizo hará una mini-explosión. Thundat y su grupo [34] están desarrollando un dispositivo del tamaño de caja de fósforos para detectar explosivos en el equipaje de los aeropuertos y las minas terrestres sobre la base de esta técnica. Las aplicaciones de detección de micropalancas en el campo del diagnóstico de enfermedades Detección de cáncer de microchips Arun Majumdar y compañeros de trabajo [3] han demostrado microcantilever basada ensayo sensible para el diagnóstico de cáncer. Cubrieron la superficie de la microcantilever con anticuerpos específicos contra el antígeno prostático específico (PSA), un marcador del cáncer de próstata en la sangre de los pacientes con cáncer de próstata. Cuando el PSA microcantilever recubiertos interactuó con la muestra de sangre del paciente con cáncer de próstata, antígeno-anticuerpo se formó y el voladizo doblado debido a la masa de las moléculas adsorbidas antígeno. El nanómetro flexión del larguero fue detectado ópticamente por un haz láser de baja potencia con una precisión sub-nanométrica utilizando un detector de foto. Este ensayo microcantilever base fue más sensible que las técnicas convencionales de bioquímica para la detección de PSA, ya que puede detectar los niveles de antígeno menor que el valor del umbral de relevancia clínica. La técnica es tan bueno como y potencialmente mejor que el ELISA. Por otra parte, el costo por prueba es menor ya que no hay necesidad de adjuntar etiquetas fluorescentes o radiofármaco las moléculas. La detección de PSA basado en el cambio de frecuencia de resonancia de microcantilever nanomecánicos piezoeléctricos se había demostrado también por Lee y colaboradores [35]. Sensores de detección de mioglobina Raiteri y su grupo [4] microcantilevers empleados con el anticuerpo monoclonal anti-mioglobina recubiertos en la superficie superior de sulfosuccinimidyl 6 - [3 - (2-pyridyldithio)-propionamido] hexanoato (sulfo-LC-SPDP) reticulante. Cuando el suero humano fue proporcionada, la mioglobina ligado a la lucha contra la mioglobina, lo que causa una desviación de la microcantilever. 85 ng / ml de la mioglobina se ha detectado con facilidad, que es la concentración en el suero fisiológico humano sano. Los biosensores de glucosa Pei y compañeros de trabajo [36] reportaron una técnica para la detección de micromecánica de las concentraciones de glucosa biológicamente relevantes por la inmovilización de glucosa oxidasa sobre la superficie microcantilever. La enzima microcantilever funcionalizado se somete a flexión debido a un cambio en la tensión superficial inducida por la reacción de la glucosa oxidasa inmovilizada en la superficie del cantilever con la glucosa en la solución. Los experimentos se realizaron bajo condiciones de flujo y se demostró que las interferencias comunes para la detección de la glucosa no tuvo ningún efecto en la medición de glucosa en la sangre. Biosensores para la enfermedad coronaria Una aplicación clínica sensor bioquímico se presentó [37], donde la adsorción de lipoproteínas de baja densidad (LDL) y de su forma oxidada (LDLox) en la heparina se han diferenciado mediante la medición de la tensión superficial empleando microcantilevers biosensores. La capacidad para diferenciar estas dos especies es de interés debido a que su absorción a partir del plasma principalmente a favor de la forma oxidada, lo que se cree que es responsable de la acumulación de colesterol en la aorta en el tiempo y se asocia con la primera etapa de la enfermedad coronaria. El método fue utilizado también para detectar cambios en la conformación de dos proteínas del plasma, inmunoglobulina G (IgG) y albúmina (BSA), inducida por la adsorción sobre una superficie sólida en un entorno de amortiguación. Este fenómeno es de crucial importancia en las aplicaciones biomédicas en las superficies sólidas, pero ha sido difícil de medir con técnicas convencionales de adsorción. Con base en voladizo sensores para detectar polimorfismos de nucleótido único Polimorfismos de nucleótido único (SNP) en las secuencias de genes conocidos y el genoma son la principal preocupación de la investigación genómica. Las mutaciones puntuales causar varias enfermedades como la talasemia, enfermedad de Tay Sachs, la enfermedad de Alzheimer, etc Por lo tanto, los esfuerzos para detectar el polimorfismo de nucleótido único que ayuda en el diagnóstico precoz de estas enfermedades y ayudar en el tratamiento de pacientes con estos trastornos. Una manera eficaz y fiable de detección de tales desajustes solo par de bases es mediante el uso de microcantilevers que son extremadamente sensibles a determinadas interacciones biomoleculares reconocimiento entre la secuencia de ADN de la sonda y la secuencia de ADN diana. Se puede detectar la concentración en el rango de pico-a femtogramos. Sondas de ADN específicas para tiolada la secuencia de ADN diana particular, son inmovilizados en la microcantilever recubiertas de oro. Hibridación con la secuencia de ADN diana totalmente gratuito hará que la desviación positiva neta del cantilever. Desviación positiva neta es el resultado de la reducción de la entropía configuracional de ADN de doble cadena frente a ssDNA, lo que provoca la reducción de las fuerzas de compresión en el lado de oro del cantilever. La hibridación de la sonda de ADN con el ADN buscado tener uno o dos pares de bases resultados desajustes en una desviación negativa neta de la viga debido al aumento de las fuerzas de repulsión ejercida sobre la superficie recubierta de oro de la microcantilever. La desviación es mayor de DNA de la blanco con dos desajustes de pares de bases de ADN diana para tener una falta de coincidencia de pares de bases. Aumenta el grado de repulsión que el número de pares de bases desajustes aumento [38]. McKendry [39] demostraron varios sin etiquetas biodetección y cuantitativa ensayos de unión al ADN en una amplia cantilever nanomecánicos. Estos ensayos basados en ADN microcantilever desviación sería de gran ayuda para el campo de la farmacogenómica, que el desarrollo de fármacos específicamente para hacer llegar a los SNPs. Estos ensayos tienen un rápido tiempo de respuesta de menos de 30 minutos y son mucho más baratas que las otras técnicas utilizadas actualmente para detectar el SNP. Es un procedimiento simple y la salida es decir, la desviación en voladizo es un simple + / - de la señal. Las técnicas actuales de detección de la hibridación como Southern requieren condiciones de reacción muy estrictas, mientras que la técnica basada en microcantilever sólo requiere un tampón fisiológico y temperatura ambiente (25 ° C). Los detalles sobre la transformación de reconocimiento biomolecular en la nanomecánica se da en [40]. Sur de la hibridación es muy tedioso, costoso, peligroso y el tiempo de procedimiento que consume. Por otro lado, microcantilevers celebrar una gran promesa para el diagnóstico médico, porque no sólo la presencia sino la ubicación de los desajustes se pueden encontrar. Biochips Los recientes avances en biochips [41,42] han demostrado que los sensores basados en la curvatura de la voladizos microfabricated tienen ventajas potenciales sobre los métodos de detección utilizados anteriormente. Biochips con sistemas de detección de uso mecánico microcantilever bimaterial (por ejemplo, Au-Si) haces como elementos sensores. El lado Au generalmente se cubre con un receptor determinado. Tras la unión de la sustancia analizada (por ejemplo, moléculas biológicas, como las proteínas o agentes biológicos) con el receptor, el receptor de la superficie está bien tensada o aliviado. Esto hace que el microcantilever para desviar y la desviación se encontró que era proporcional a la concentración del analito. Ejemplos de enlaces en biomolecular (receptor / analito) las aplicaciones son: antígeno-anticuerpo enlaces o hibridación de ADN de un par de cadenas de ADN (receptor / analito) con secuencias complementarias [42]. Biochips que microcantilevers como elementos sensores no necesitan alimentación externa, el etiquetado, la electrónica externa o moléculas fluorescentes o de transducción de señales para su funcionamiento. Estos tipos de biochips se puede utilizar en la detección de ciertas enfermedades como el cáncer y la detección de productos químicos específicos y agentes de guerra biológica como la toxina botulínica, el ántrax y aflatoxina. Un sensor químico basado en una gran voladizo micromecánica ha sido demostrado por Battison y compañeros de trabajo [37]. Nanopalancas: un gran avance en los sensores Nanopalancas, 90 nm de espesor y de nitruro de silicio, han sido utilizados por el grupo de investigadores dirigido por Harold Craighead, Cornell Universidad para detectar una sola pieza de pares de bases de ADN de longitud 1578 [43]. El grupo afirmó que se puede determinar con precisión una molécula con una masa de aproximadamente 0,23 attograms (1 attogram = 10 -18 g) el empleo de estas nanopalancas. Los investigadores colocaron puntos de oro a nanoescala en los extremos de los voladizos, que actuaban como agentes de la captura de sulfuro de modificación de doble cadena de ADN. Pero, en principio, nanopuntos oro podría ser usado para capturar cualquier biomolécula con un grupo sulfuro libre. Escaneo rayos láser se utiliza para medir la frecuencia de vibración de los voladizos. Los investigadores creen que los nanodispositivos basados en nanopalancas eliminaría la necesidad de amplificación por PCR para la detección de secuencias definidas de ADN, lo que simplifica los métodos utilizados para la detección de secuencias de genes específicos y mutaciones. Del mismo modo, N. Nelson-Fitzpatrick et al. [44] en el Universidad de Alberta , Canadá han hecho extremadamente delgada nanopalancas resonante, del orden de 10 nm, en materiales compuestos de aluminio-molibdeno. El grupo afirma que el desarrollo de NEMS dispositivos basados en materiales metálicos que permiten las nuevas áreas de aplicaciones para la detección directa de varios compuestos químicos eliminando así la necesidad de derivación superficie intermedia. Investigadores de la Purdue Universidad están involucrados en la creación de nanopalancas. Emplearon una serie de nanopalancas de longitud variable con un espesor de alrededor de 30 nm y funcionalizadas con anticuerpos para el virus [45]. Ellos vinieron con resultados muy interesantes relacionados con la variación en la densidad de anticuerpos wrt la longitud de nanopalancas. Conclusiones Microcantilevers tienen aplicaciones potenciales en todos los campos de la ciencia que van desde sensores físicos y químicos para el diagnóstico de enfermedades biológicas. Las principales ventajas de microcantilevers empleando los mecanismos de detección en los sensores convencionales son su alta sensibilidad, bajo costo, el requisito de analito bajo (en l), no peligrosos procedimiento con menos pasos (obviando la necesidad de etiquetas), una respuesta rápida y baja demanda de potencia . Lo más importante es el hecho de que una serie de microcantilevers puede ser empleado para el diagnóstico de un gran número de analitos como biomarcadores de enfermedades diversas de una sola enfermedad en un sencillo por lo tanto tiene gran capacidad de análisis de alto rendimiento. La tecnología es la clave para la próxima generación de sensores de alta sensibilidad. Con el desarrollo de la tecnología para nanopalancas, los sensores han alcanzado la sensibilidad attogram, que hasta hace poco sólo ha sido un sueño para los investigadores. Nuevos aumentos en la sensibilidad permitirá a los investigadores la posibilidad de contar el número de moléculas. |
1. Grayson, ACR, Shawgo, RS, Johnson, AM, Flynn, NT, Li, Y., Cima, MJ y Langer, R. (2004) Una revisión BioMEMS: la tecnología MEMS para dispositivos integrados fisiológicamente. Proc. IEEE, 92 (1), 6-21. 2. Polla, DL, Erdman, E., Robbins, WP, Markus, DT, Díaz, JD, Rinz, R., Nam , Y. y Brickner, HT (2000) Microdevices en Medicina. Ann. Rev. Biomed. Eng. , 2, 551-76. 3. Wu, GH, Datar, RH, Hansen, KM, Thundat, T., Costa , RJ y Majumdar, A. (2001) Bioensayo de antígeno prostático específico (PSA) con microcantilever. Nat. Biotechnol., 19, 856-60. 4. Arntz, Y., Seelig, JD, Lang, HP, Zhang, J., Hunziker, P., Ramseyer, JP, Meyer, E., Hegner, M. & Gerber, C. (2003) sin etiqueta del ensayo a base de proteínas en un amplio voladizo nanomecánicos. La nanotecnología, 14, 86-90. 5. Subramanian, A., Oden, PI, la perrera, SJ, Jacobson, KB, Warmack, RJ, Thundat, T., Doktycz, MJ (2002) biosensores de glucosa mediante una enzima microcantilever recubiertos. Appl. Phys.. Lett., 81, 385-87. 6. Thaysen, J., Boisen, A. Hansen, O. y Bouwstra, S. (2000) de la sonda microscopia de fuerza atómica con piezoresistivo lectura y la disposición de Wheatstone muy simétrica puente. Los senadores Actuadores A, 83, 47-53. 7. Yang, M. Zhang, X., Vafai, K. y Ozkan, CS (2003) el diseño de alta sensibilidad piezoresistivo voladizo y la optimización de la unión analito-receptor. J. Micromech. Microeng., 13, 864-72. 8. Meyer, G. Y Amer , NM (1988) Novela óptica enfoque a la microscopía de fuerza atómica. Appl. Phys.. Lett., 53 (12), 1045-47. 9. Blanc, N., Brugger, J., Rooij, NFD y Durig, U. (1996) Microscopía de la Fuerza en el modo de dinámicas mediante microfabricated sensores capacitivos. Vac J. Ciencia. Tecnología. B, 14 (2), 901-05. 10. Erlandsson, R., McClelland, GM, Mate, la microscopía de CM & Chiang, S. (1988) de fuerza atómica utilizando interferometría óptica. J. Vac. Ciencia. Tecnología. A, 6 (2), 266-70. 11. Rugar, D., Mamin, HJ y Guethner, P. (1989) Mejora de fibra óptica del interferómetro para la microscopía de fuerza atómica. Appl. Phys.. Lett., 55 (25), 2588-90. 12. Manalis, SR, Minne , SC , Atalar, A. y Quate, CF (1996) voladizos interdigital de microscopía de fuerza atómica. Appl. Phys.. Lett., 69, 3944-46. 13. Kim, BH, Mader, O., Weimar , U., Brock, R. & Kern, DP (2003) Detección de anticuerpos de la interacción del péptido con microcantilevers como sensores de tensión en la superficie. J. Vac. Ciencia. Tecnología. B, 21 (4), 1472-1475. 14. Lavrik, NV, Bebida alcohólica , California , Sepaniak, MJ y Datskos, PG (2001) de oro nano-estructuras para la transducción de las interacciones biomoleculares en los movimientos a escala micrométrica. Biomed. Microdevices, 3 (1), 35-44. 15. Stoney, GG (1909) La tensión de las películas metálicas depositadas por electrólisis. Proc. Roy. Soc. Londres Un Mater., 82, 172-75. 16. Thundat, T., microcantilevers Oden, PI y Warmack, RJ (1997) sensores. Micro. Thermophys. Eng. , 1, 185-99. 17. Wu, G., Ji, H. Hansen, K., Thundat, T., Datar, R. Costa, R., Hagan, MF, Chakraborty, AK y Majumdar, A. (2001) Origen del movimiento cantilever nanomecánicos generados a partir de las interacciones biomoleculares. Proc. Natl. Acad. Sci.USA, 98, 1560-1564. 18. http://monet.physik.unibas.ch/nose/ 19. http://www.ornl.gov/info/ornlreview/rev29-12/text/instru.htm 20. Raiteri, R., Nelles, G., Butt, HJ, Knoll, W. & Skladal, P. (1999) de detección de sustancias biológicas, basado en la flexión de vigas voladizas microfabricated. Los senadores Actuadores B, 61, 213-17. 21. Alvarez, M., A. Calle, Tamayo, J., Lechuga, LM, Abad, A. Montoya y A. (2003) Desarrollo de biosensores nanomecánicos para la detección del pesticida DDT. Biosens. Bioelectron. 18 (5-6), 649-53. 22. Ji, HF, Thundat, T., Dabestani, R., Brown, GM, Britt, PF y Bonnesen, PV (2001) de detección ultrasensibles de CrO42-utilizando un sensor de microcantilever. Anal. Chem., 73, 1572-1576. 23. Barnes, JR, Stephenson, RJ, Welland , ME , Gerber, C. & Gimzewski, JK (1994) espectroscopia fototérmica con sensibilidad femtojoule utilizando un dispositivo micromecánico. La naturaleza, 372, 79-81. 24. Oden, PI, Chen, GY, Steele, AR, Warmack, RJ & Thundat, T. (1996) utilizando las mediciones de resistencia viscosa voladizos microfabricated. Appl. Phys.. Lett., 68, 3814-16. 25. Berger, R., Gerber, C., Gimzewski, JK, Meyer, E. y Guntherodt, HJ (1996) El análisis térmico usando un calorímetro de micromecánica. Appl. Phys.. Lett., 69, 40-42. 26. Arakawa, ET, Lavrik, NV, Rajiv, S. y Datskos, PG (2003) Detección y diferenciación de las especies biológicas usando la espectroscopia microcalorimetric. Ultramicroscopy, 97 (1-4), 459-65. 27. Cherian, S. y Thundat, T. (2002) Determinación de la absorción inducida por la variación en la constante del resorte de una micropalanca. Appl. Phys.. Lett. 80 (12), 2219-21. 28. Britton, CL, Warmack, RJ, Smith, SF, Wintenberg, AL, Thundat, T. Brown, GM, Bryan, WL, DePriest, JC, Ericson, MN, Emery, MS, Moore, MR, Turner, GW, Clonts, LG, Jones, RL, Threatt, TD, Hu, Z. y RochelleMarch, JM (1999) que funcione con pilas, los sensores MEMS inalámbrico para la detección de alta sensibilidad, químicas y biológicas. Presentado en el Simposio de 1999 sobre Investigación Avanzada en VLSI, Atlanta , Georgia , 359-68. 29. http://www.osti.gov/bridge/servlets/purl/658232-PJwJRU/webviewable/658232.pdf 30. Scandella, L., Binder, G., Mezzacasa, T., Gobrecht, J., Koegler, JH, Jansen, JC, Berger, R. Lang, HP, Gerber, C. & Gimzewski, JK (1998) Zeolitas: materiales para nanodispositivos. Micropor. Mesopor. Mater., 21, 403-09. 31. Oden, PI, Thundat, T. Wachter, EA, Warmack, RJ, Datskos, PG & Hunter, SR (1996) la detección remota de la radiación infrarroja usando microcantilevers piezoresistivo. Appl. Phys.. Lett., 69, 2986-88. 32. Yinon, J. (2003) La detección de explosivos por parte de las narices electrónicas. Anal. Chem., 75, 99A-105A. 33. Baller, MK, Lang, HP, Fritz, J., Gerber, C., Gimzewski, JK, Drechsler, U., Rothuizen, H., Despont, M., Vettiger, P., Battison, FM, Ramseyer, JP, Fornaro, P. Meyer, E. y Guntherodt, HJ (2000) Una nariz voladizo basada en arreglos artificiales. Ultramicroscopy, 82, 1-9. 34. http://bio.lsd.ornl.gov/highlights/2000feb2.htmlx 35. Lee, JH, Hwang, KS, Parque, J., Yoon, KH, Yoon, DS & Kim, TS (2005) Inmunoensayo de antígeno prostático específico (PSA) con cambio de frecuencia de resonancia de microcantilever nanomecánicos piezoeléctrico. Biosens. Bioelectron., 20, 2157-62 36. Chen, GY, Thundat, T. Wachter, EA y Warmack, RJ (1995) adsorción inducida por el estrés de superficie y sus efectos sobre la frecuencia de resonancia de microcantilevers. J. Appl. Phys.., 77, 3618-22. 37. Battison, FM, Ramseyer J.-P., Lang, HP, Baller, MK, Gerber, C., Gimzewski, JK, Meyer, E. y Guntherodt, H.-J. (2001) Un sensor químico basado en una gran voladizo microfabricated con lectura simultánea de resonancia de frecuencia y de flexión. Los senadores Actuadores B, 77, 122-31. 38. Hansen, KM, Ji, HF, Wu, G., Datar, R. Costa, R. Majumdar, A. y Thundat T. (2001) en voladizo ensayo basado en la desviación óptica de la discriminación de ADN de un solo nucleótido desajustes. Anal. Chem., 73, 1567-1571. 39. McKendry, R., Zhang, J., Arntz, Y., Strunz, T., Hegner, M. Lang, HP, Baller, MK, Certa, V., Meyer, E., Guntherodt, HJ y Gerber, C (2002). Múltiples sin etiquetas biodetección y cuantitativa de unión al ADN ensayos en una amplia cantilever nanomecánicos. Proc. Natl. Acad. Sci.USA, 99 (15), 9783-88. 40. Fritz, J., Baller, MK, Lang, HP, Rothuizen, H. Meyer, E., Vettiger, P., Gunterodt, HJ, Gerber, C. & Gimzewski, JK (2000) Traducción de reconocimiento biomolecular en la nanomecánica. Ciencia, 288, 316-18. 41. Fodor, SPA, Rava, RP, Huang, XC, Pease, AC, Holmes, CP y Adams , CL (1993) multiplexada ensayos bioquímicos con chips biológicos. La naturaleza, 364, 555-56. 42. Rowe, CA, Tender, LM, Feldstein, MJ, de oro, JP, Scruggs, SB, MacCraith, BD, Ocra, JJ & Ligler, FS (1999) biosensor de matriz para la identificación simultánea de analitos bacteriana, viral y las proteínas. Anal. Chem., 71 (17), 3846-52. 43. Llic, B., Yang, Y., Aubin, K., Reichenbach, R., Krylov, S., Craighead, HG (2005) La enumeración de las moléculas de ADN unido a un oscilador nanomecánicos. Nanoletters, cinco (5), pp 925-929. 44. http://www.nsti.org/Nanotech2006/showabstract.html?absno=488 45. Gupta, AK, Nair, PR, Akin, D., Ladisch, MR, Broyles, S., Alam, MA, Bashir, R. (2006) de resonancia anómala en un biosensor nanomecánicos. Proc. Natl. Acad. Sci.USA, 103 (36), 13362-13367. |