Nueva tecnología nanoelectrónica podría reemplazar microplacas convencionales

Published on September 21, 2010 at 2:17 AM

Los microplaca multi-llenaron, a largo en una herramienta estándar en la investigación biomédica y los laboratorios de diagnóstico, podría convertirse en una cosa del pasado gracias a la nueva tecnología de biosensores electrónico desarrollado por un equipo de ingenieros de la microelectrónica y los científicos biomédicos en el Instituto de Tecnología de Georgia.

Esencialmente conjuntos de tubos de ensayo pequeño, las microplacas se han utilizado durante décadas para poner a prueba al mismo tiempo varias muestras de sus respuestas a los productos químicos y organismos vivos o anticuerpos. Cambios de fluorescencia o el color de las etiquetas asociadas con los compuestos en las placas pueden señalar la presencia de determinadas proteínas o secuencias de genes.

Los microplaca electrónicos nuevos se ha hecho frente a la tecnología que pretende sustituir, la microplaca convencionales.

Los investigadores esperan para reemplazar estas microplacas con la tecnología microelectrónica moderna, incluidas las matrices desechables que contienen miles de sensores electrónicos conectados a un circuito de gran alcance de procesamiento de señales. Si tienen éxito, esta nueva plataforma electrónica de biosensores podrían ayudar a hacer realidad el sueño de la medicina personalizada, haciendo posible en tiempo real diagnóstico de la enfermedad - posiblemente en un consultorio médico - y ayudando a seleccionar los enfoques terapéuticos individualizados.

"Esta tecnología podría ayudar a facilitar una nueva era de medicina personalizada", dijo John McDonald, científico investigador en jefe del Instituto de Cáncer de ovario en Atlanta y un profesor en la Escuela Técnica de Georgia de la biología. "Un dispositivo como éste rápidamente pudo detectar en las personas las mutaciones genéticas que son indicativos de cáncer y luego determinar cuál sería el tratamiento óptimo. Hay un montón de aplicaciones potenciales para esta que no se puede hacer con la tecnología actual de análisis y diagnóstico".

Fundamental para el sistema de biosensores es nueva la capacidad para detectar electrónicamente los marcadores que diferenciar entre células sanas y enfermas. Estos marcadores podrían ser las diferencias en las proteínas, las mutaciones en el ADN o incluso niveles más específicos de los iones que existen en diferentes cantidades en las células cancerosas. Los investigadores están encontrando las diferencias cada vez más a los que podrían ser aprovechados para crear las técnicas electrónicas de detección rápida y económica que no se basan en las etiquetas convencionales.

"Hemos creado varias piezas nuevas de la nanoelectrónica tecnología para crear un método para hacer las cosas de una manera muy diferente a lo que hemos estado haciendo", dijo Muhannad Bakir, profesor asociado en la Escuela de Tecnología de Georgia de Ingeniería Eléctrica y Computación. "Lo que estamos creando es una nueva plataforma de propósito general de detección que se aprovecha de lo mejor de la nanoelectrónica y tres dimensiones de integración de sistemas electrónicos para modernizar y añadir nuevas aplicaciones a la aplicación de microplacas de edad. Este es un matrimonio de la electrónica y la biología molecular. "

Los conjuntos de sensores tridimensionales son fabricados utilizando convencionales de bajo costo, de arriba a abajo la tecnología microelectrónica. Aunque la preparación de muestras existentes y los sistemas de carga puede tener que ser modificadas, las matrices de nuevo biosensor debe ser compatible con los flujos de trabajo existentes en la investigación y los laboratorios de diagnóstico.

"Queremos que estos dispositivos sencillos de fabricar, aprovechando todos los avances en la microelectrónica, mientras que al mismo tiempo un cambio significativo en la utilidad para el clínico o el investigador," dijo Ramasamy Ravindran, asistente de investigación en Nanotecnología del Tecnológico de Georgia Centro y la Escuela de Ingeniería Eléctrica y Computación.

Una ventaja clave de la plataforma es que la detección se realiza mediante de bajo costo, componentes desechables, mientras que el procesamiento de información se llevará a cabo por reutilizables circuitos convencionales integrado conectado temporalmente a la matriz. Ultra-alta densidad primaveral conectores compatibles mecánicamente y avanzado "a través de vías de silicio" se hacen las conexiones eléctricas, mientras que permite a los técnicos para reemplazar a los biochips, sin dañar los circuitos subyacentes.

La separación de la detección y el procesamiento de las partes permite la fabricación para ser optimizado para cada tipo de dispositivo, las notas Hyung Suk Yang, asistente de investigación también está trabajando en el Centro de Investigación de Nanotecnología. Sin la separación, los tipos de materiales y procesos que pueden ser utilizados para la fabricación de los sensores son muy limitadas.

La sensibilidad de los sensores electrónicos pequeños a menudo puede ser mayor que los sistemas actuales, permitiendo potencialmente a enfermedades que se detectan antes. Debido a que los pozos de la muestra será considerablemente menor que los de microplacas actual - lo que permite un factor de forma pequeño - que podría permitir a más pruebas para hacerse con un volumen de muestra dado.

La tecnología también podría facilitar el uso de ligandos basados ​​en la detección que reconoce secuencias genéticas específicas en el ADN o el ARN mensajero. "Esto sería muy pronto nos dará una indicación de las proteínas que se expresan por el paciente, lo que nos da el conocimiento del estado de la enfermedad en el punto de atención", explicó Ken Scarberry, un becario postdoctoral en el laboratorio de McDonald.

Hasta ahora, los investigadores han demostrado un sistema de biosensores con sensores de nanocables de silicio en un dispositivo de 16 y construida sobre una de un centímetro por un chip de un centímetro. Los nanocables, sólo 50 de 70 nanómetros, una diferencia entre las células de cáncer de ovario y las células sanas epitelial de ovario en una variedad de densidades celulares.

La tecnología del silicio sensor de nanocables se puede utilizar para detectar simultáneamente un gran número de diferentes células y biomateriales sin etiquetas. Más allá de que la tecnología versátil, la plataforma de biosensores podrían adaptarse a una amplia gama de otros sensores - incluso las que no existe todavía. En última instancia, cientos de miles de diferentes sensores podrían ser incluidos en cada chip, lo suficiente como para detectar rápidamente los marcadores de una amplia gama de enfermedades.

"Nuestra idea es agnóstica plataforma de sensor realmente", dijo Ravindran. "Podría ser utilizado con una gran cantidad de sensores diferentes que la gente está en desarrollo. Nos daría una oportunidad de reunir a una gran cantidad de diferentes tipos de sensores en un solo chip."

Las mutaciones genéticas pueden dar lugar a un gran número de estados de enfermedades diferentes que pueden afectar la respuesta de un paciente para una enfermedad o medicamento, pero el actual etiquetado métodos de detección son limitados en su capacidad para detectar un gran número de marcadores diferentes de forma simultánea.

Mapeo de polimorfismos de nucleótido único (SNP), variaciones que representan aproximadamente el 90 por ciento de la variación genética humana, podría ser utilizado para determinar la propensión de un paciente para una enfermedad, o la probabilidad de beneficiarse de una intervención particular. La tecnología de biosensores nuevos podría permitir a los cuidadores para producir y analizar mapas de SNP en el punto de atención.

Aunque muchos problemas técnicos por resolver, la capacidad para la detección de miles de marcadores de la enfermedad en tiempo real ha científicos biomédicos como McDonald emocionado.

"Con los sensores lo suficientemente en que, teóricamente, se podría poner todas las combinaciones posibles en la matriz", dijo. "Esto no se ha considerado posible hasta ahora debido a lo que un conjunto lo suficientemente grande como para detectar todos ellos con la tecnología actual probablemente no es factible. Pero con la tecnología de la microelectrónica, que puede incluir todas las combinaciones posibles, y que cambia las cosas."

Fuente: http://www.gatech.edu/

Last Update: 5. October 2011 14:09

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