Site Sponsors
  • Park Systems - Manufacturer of a complete range of AFM solutions
  • Oxford Instruments Nanoanalysis - X-Max Large Area Analytical EDS SDD
  • Strem Chemicals - Nanomaterials for R&D

Νέα νανοηλεκτρονική τεχνολογία θα μπορούσε να αντικαταστήσουν τα συμβατικά μικροπλάκας

Published on September 21, 2010 at 2:17 AM

Η πολυ-welled μικροπλάκα, πολύ σύνηθες εργαλείο στη βιοϊατρική έρευνα και διαγνωστικά εργαστήρια, θα μπορούσε να γίνει ένα πράγμα του παρελθόντος χάρη στην νέα τεχνολογία ηλεκτρονικών biosensing αναπτύχθηκε από μια ομάδα μηχανικών της μικροηλεκτρονικής και της βιοϊατρικής επιστήμονες στο Georgia Institute of Technology.

Ουσιαστικά συστοιχίες των μικροσκοπικών δοκιμαστικούς σωλήνες, μικροπλάκες έχουν χρησιμοποιηθεί για δεκαετίες για να ελέγξετε ταυτόχρονα πολλαπλά δείγματα για τις απαντήσεις τους σε χημικές ουσίες, ζώντες οργανισμούς ή τα αντισώματα. Φθορισμού ή το χρώμα αλλαγές στις ετικέτες που σχετίζονται με ενώσεις στις πλάκες μπορεί να σηματοδοτούν την παρουσία των συγκεκριμένων πρωτεϊνών ή γονιδιακές αλληλουχίες.

Το νέο ηλεκτρονικό μικροπλάκα εμφανίζεται μπροστά από την τεχνολογία που στοχεύει να αντικαταστήσει τη συμβατική μικροπλάκα.

Οι ερευνητές ελπίζουν να αντικαταστήσουν αυτές τις μικροπλάκες με τη σύγχρονη τεχνολογία μικροηλεκτρονικής, συμπεριλαμβανομένης της χρήσης πινάκων που περιέχουν χιλιάδες ηλεκτρονικούς αισθητήρες που συνδέονται με ισχυρά κυκλώματα επεξεργασίας σήματος. Αν είναι επιτυχής, αυτή η νέα ηλεκτρονική πλατφόρμα biosensing θα μπορούσε να βοηθήσει πραγματοποιήσουν το όνειρο της εξατομικευμένης ιατρικής, καθιστώντας δυνατή σε πραγματικό χρόνο διάγνωση της ασθένειας - πιθανώς στο γραφείο του γιατρού - και βοηθώντας επιλέξτε εξατομικευμένες θεραπευτικές προσεγγίσεις.

"Αυτή η τεχνολογία θα μπορούσε να διευκολύνει μια νέα εποχή της εξατομικευμένης ιατρικής», δήλωσε ο John McDonald, επικεφαλής ερευνητής στο Ινστιτούτο Καρκίνου των ωοθηκών στην Ατλάντα και καθηγητής στο Tech Σχολή Γεωργίας της Βιολογίας. «Μια συσκευή όπως αυτό θα μπορούσε γρήγορα να εντοπίσει σε άτομα τα μεταλλάξεις γονιδίων που είναι ενδεικτικά του καρκίνου και στη συνέχεια να καθορίσει ποια θα είναι η βέλτιστη θεραπεία. Υπάρχουν πολλές πιθανές εφαρμογές για αυτό που δεν μπορεί να γίνει με τη σύγχρονη αναλυτική και διαγνωστική τεχνολογία."

Θεμελιώδους σημασίας για το νέο σύστημα biosensing έχει τη δυνατότητα να ανιχνεύει ηλεκτρονικά δείκτες που διαφοροποιούν μεταξύ των υγιών και άρρωστα κύτταρα. Οι δείκτες θα μπορούσαν να είναι οι διαφορές σε πρωτεΐνες, οι μεταλλάξεις στο DNA ή ακόμη και συγκεκριμένα επίπεδα των ιόντων που υπάρχουν σε διάφορα ποσά σε καρκινικά κύτταρα. Οι ερευνητές βρίσκουν όλο και περισσότερο τις διαφορές, όπως αυτές που θα μπορούσαν να αξιοποιηθούν για τη δημιουργία γρήγορη και ανέξοδη ηλεκτρονικών τεχνικών ανίχνευσης που δεν βασίζονται σε συμβατικά ετικέτες.

«Έχουμε βάλει μαζί διάφορα κομμάτια μυθιστόρημα της νανοηλεκτρονικής τεχνολογίας για να δημιουργήσει μια μέθοδο για να κάνει τα πράγματα με έναν πολύ διαφορετικό τρόπο από ό, τι έχουμε κάνει", δήλωσε ο Muhannad Μπακίρ, αναπληρωτής καθηγητής στο Tech Σχολή Γεωργίας Ηλεκτρολόγων Μηχανικών και Μηχανικών Υπολογιστών. «Αυτό που δημιουργούμε είναι ένα νέο γενικής χρήσης αίσθηση πλατφόρμα που εκμεταλλεύεται τα καλύτερα της νανοηλεκτρονικής και τρισδιάστατο ηλεκτρονικό ολοκλήρωσης συστημάτων για τον εκσυγχρονισμό και την προσθήκη νέων εφαρμογών στην παλιά εφαρμογή μικροπλάκα. Αυτός είναι ένας γάμος της ηλεκτρονικής και της μοριακής βιολογίας. "

Τα τρισδιάστατα συστοιχίες αισθητήρων κατασκευασμένα με συμβατικά χαμηλού κόστους, πάνω προς τα κάτω την τεχνολογία της μικροηλεκτρονικής. Όλο που η ισχύουσα προετοιμασία του δείγματος και συστήματα φόρτωσης μπορεί να χρειαστεί να τροποποιηθεί, το νέο βιοαισθητήρα συστοιχίες πρέπει να είναι συμβατό με τις υπάρχουσες ροές εργασίας στον τομέα της έρευνας και διαγνωστικά εργαστήρια.

"Θέλουμε να κάνουμε αυτές τις συσκευές απλό στην κατασκευή, εκμεταλλευόμενοι όλες τις προόδους που σημειώνονται στον τομέα της μικροηλεκτρονικής, ενώ την ίδια στιγμή αλλάζει σημαντικά τη χρηστικότητα για τον κλινικό γιατρό ή ερευνητής", δήλωσε ο Ramasamy Ravindran, πτυχιούχος βοηθός έρευνας στον τομέα της Έρευνας Νανοτεχνολογία Tech, Γεωργία Κέντρο και η Σχολή Ηλεκτρολόγων Μηχανικών και Μηχανικών Υπολογιστών.

Ένα βασικό πλεονέκτημα της πλατφόρμας είναι ότι οι αισθητήρες θα πρέπει να γίνεται με τη χρήση χαμηλού κόστους, αναλώσιμα εξαρτήματα, ενώ η επεξεργασία των πληροφοριών θα γίνει από επαναχρησιμοποιήσιμα συμβατικά ολοκληρωμένα κυκλώματα που συνδέονται προσωρινά με τον πίνακα. Εξαιρετικά υψηλή πυκνότητα άνοιξη-όπως μηχανικά συμβατό συνδέσεις και προηγμένες "μέσω του πυριτίου vias" θα κάνει τις ηλεκτρικές συνδέσεις, επιτρέποντας ταυτόχρονα τεχνικούς για την αντικατάσταση του βιοαισθητήρα συστοιχίες χωρίς να καταστραφεί το υποκείμενο κύκλωμα.

Ο διαχωρισμός της τηλεπισκόπησης και επεξεργασίας μερίδες επιτρέπει την κατασκευή ώστε να βελτιστοποιηθεί για κάθε τύπο συσκευής, σημειώνει Hyung Suk Yang, ένας μεταπτυχιακός βοηθός έρευνας και εργάζεται στο Κέντρο Ερευνών Νανοτεχνολογίας. Χωρίς το διαχωρισμό, τα είδη των υλικών και διεργασιών που μπορούν να χρησιμοποιηθούν για την κατασκευή των αισθητήρων είναι εξαιρετικά περιορισμένη.

Η ευαισθησία των μικροσκοπικών ηλεκτρονικών αισθητήρων μπορεί συχνά να είναι μεγαλύτερη από τα σημερινά συστήματα, πιθανώς επιτρέποντας ασθενειών που πρέπει να ανιχνευθεί νωρίτερα. Επειδή τα φρεάτια δείγμα θα είναι σημαντικά μικρότερη από εκείνη των σημερινών μικροπλάκες - επιτρέποντας ένα μικρότερο μορφή παράγοντας - που θα μπορούσε να επιτρέψει περισσότερες δοκιμές που πρέπει να γίνουν με ένα συγκεκριμένο όγκο δείγματος.

Η τεχνολογία θα μπορούσε επίσης να διευκολύνει τη χρήση των ligand που βασίζεται τηλεπισκόπησης που αναγνωρίζει συγκεκριμένες γενετικές αλληλουχίες του DNA ή αγγελιοφόρο RNA. "Αυτό πολύ γρήγορα θα μας δώσει μια ένδειξη των πρωτεϊνών που εκφράζονται από τον εν λόγω ασθενή, η οποία μας δίνει τη γνώση για την κατάσταση της νόσου στο point-of-care», εξηγεί ο Ken Scarberry, ένας μεταδιδακτορικός συνεργάτης στο εργαστήριο της McDonald.

Μέχρι στιγμής, οι ερευνητές έχουν καταδείξει μια biosensing σύστημα με αισθητήρες πυριτίου nanowire σε μια 16-καλά τη συσκευή πάνω σε ένα εκατοστών ανά chip ένα εκατοστό. Τα νανοσύρματα, μόλις 50 με 70 νανόμετρα, που διαφοροποιούνται μεταξύ των κυττάρων του καρκίνου των ωοθηκών και των ωοθηκών υγιή επιθηλιακά κύτταρα σε μια ποικιλία από πυκνότητες κυττάρων.

Silicon τεχνολογία αισθητήρα nanowire μπορεί να χρησιμοποιηθεί για την ανίχνευση ταυτόχρονα μεγάλο αριθμό διαφορετικών κυττάρων και των βιοϋλικών, χωρίς ετικέτες. Από εκεί και πέρα ​​ευέλικτη τεχνολογία, η πλατφόρμα biosensing θα μπορούσε να φιλοξενήσει ένα ευρύ φάσμα άλλων αισθητήρων - συμπεριλαμβανομένων των τεχνολογιών που μπορεί να μην υπάρχει ακόμα. Τελικά, εκατοντάδες χιλιάδες διαφορετικούς αισθητήρες θα μπορούσαν να συμπεριληφθούν σε κάθε τσιπ, ώστε να διαπιστώνονται ταχέως δείκτες για ένα ευρύ φάσμα των ασθενειών.

"Η ιδέα πλατφόρμα μας είναι πραγματικά αισθητήρα αγνωστικιστής", δήλωσε ο Ravindran. "Θα μπορούσε να χρησιμοποιηθεί με πολλούς διαφορετικούς αισθητήρες που οι άνθρωποι αναπτύσσουν. Θα μας δώσει την ευκαιρία να συγκεντρώσει πολλά διαφορετικά είδη των αισθητήρων σε ένα μόνο chip."

Γενετικές μεταλλάξεις που μπορεί να οδηγήσει σε ένα μεγάλο αριθμό από διαφορετικές παθολογικές καταστάσεις που μπορεί να επηρεάσει την ανταπόκριση του ασθενούς με τη νόσο ή φαρμακευτική αγωγή, αλλά οι τρέχουσες μέθοδοι ανίχνευσης χαρακτηρισμένα περιορισμένη ικανότητα να ανιχνεύει μεγάλο αριθμό διαφορετικών δεικτών ταυτόχρονα.

Χαρτογράφηση πολυμορφισμούς μονών νουκλεοτιδίων (SNPs), παραλλαγές που αντιπροσωπεύουν περίπου το 90 τοις εκατό της ανθρώπινης γενετικής ποικιλομορφίας, θα μπορούσαν να χρησιμοποιηθούν για τον προσδιορισμό ροπή ενός ασθενούς για μια ασθένεια, ή την πιθανότητα να επωφελούνται από μια συγκεκριμένη παρέμβαση. Η νέα τεχνολογία biosensing θα μπορούσε να επιτρέψει φροντιστές για την παραγωγή και την ανάλυση SNP χάρτες στο point-of-care.

Αν και παραμένουν πολλά τεχνικά προβλήματα, τη δυνατότητα να οθόνη για χιλιάδες δείκτες της νόσου σε πραγματικό χρόνο έχει βιοϊατρικής επιστήμονες, όπως ο McDonald ενθουσιασμένοι.

"Με αρκετή αισθητήρες μέσα εκεί, θα μπορούσατε να βάλετε θεωρητικά όλους τους πιθανούς συνδυασμούς στη συστοιχία», είπε. «Αυτό δεν θεωρήθηκε δυνατή μέχρι τώρα, γιατί αν κάνουμε μια σειρά αρκετά μεγάλη για να ανιχνεύσει όλα με τη σημερινή τεχνολογία δεν είναι πιθανόν εφικτή. Αλλά με την τεχνολογία της μικροηλεκτρονικής, μπορείτε να συμπεριλάβετε εύκολα όλους τους πιθανούς συνδυασμούς, και που αλλάζει τα πράγματα."

Πηγή: http://www.gatech.edu/

Last Update: 5. October 2011 02:04

Tell Us What You Think

Do you have a review, update or anything you would like to add to this news story?

Leave your feedback
Submit