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

There is 1 related live offer.

Save 25% on magneTherm

Nieuwe nano-elektronica technologie kan vervangen de traditionele Microplate

Published on September 21, 2010 at 2:17 AM

De multi-welde microplaat, lang een standaard tool in biomedisch onderzoek en diagnostische laboratoria, kan een ding van het verleden dankzij de nieuwe elektronische biosensing technologie die is ontwikkeld door een team van micro-elektronica ingenieurs en biomedische wetenschappers van het Georgia Institute of Technology te worden.

In wezen arrays van kleine reageerbuisjes, zijn microplaten al tientallen jaren gebruikt om gelijktijdig meerdere monsters te testen op hun reacties op chemicaliën, levende organismen of antilichamen. Fluorescentie-of kleurveranderingen in labels die bij verbindingen op de platen kan het signaal van de aanwezigheid van bepaalde eiwitten of gensequenties.

De nieuwe elektronische microplaat wordt getoond in de voorkant van de technologie is bedoeld ter vervanging van de conventionele microplaat.

De onderzoekers hopen deze microplaten vervangen door moderne micro-elektronica technologie, waaronder wegwerp arrays met duizenden elektronische sensoren verbonden met krachtige signaalverwerking. Als ze succesvol is, zou deze nieuwe elektronische biosensing platform helpen realiseren van de droom van personalized medicine door mogelijk te maken in real-time diagnose van de ziekte - potentieel in een arts het kantoor - en door te helpen selecteren geïndividualiseerde therapeutische benaderingen.

"Deze technologie zou kunnen helpen te vergemakkelijken een nieuw tijdperk van gepersonaliseerde geneeskunde", zegt John McDonald, chief research scientist bij het Ovarian Cancer Institute in Atlanta en een professor in de Georgia Tech School of Biology. "Een apparaat als dit kan snel op te sporen bij mensen het gen mutaties die indicatief zijn voor kanker en dan bepalen wat de optimale behandeling te worden. Er zijn veel van de mogelijke toepassingen voor deze die niet kan worden gedaan met de huidige analytische en diagnostische technologie."

Fundamenteel voor het nieuwe biosensing systeem is de mogelijkheid om elektronisch te detecteren markers die onderscheid maken tussen gezonde en zieke cellen. Deze markers kunnen verschillen in de eiwitten, mutaties in DNA of zelfs specifieke niveaus van ionen die bestaan ​​op verschillende bedragen in kankercellen. Onderzoekers vinden meer en meer verschillen als deze die kunnen worden benut om snel en goedkoop elektronische detectie technieken die niet gebaseerd zijn op conventionele etiketten te creëren.

"We hebben samen een aantal nieuwe stukken van nano-elektronica technologie te maken aan een methode voor het doen van dingen in een heel andere manier dan wat we hebben gedaan te creëren", zegt Muhannad Bakir, een universitair hoofddocent bij Georgia Tech School van Electrical and Computer Engineering. "Wat wij maken is een nieuwe algemene doeleinden sensing platform dat gebruik maakt van de beste van nano-elektronica en drie-dimensionale elektronische systeemintegratie te moderniseren en nieuwe toepassingen toevoegen aan de oude microplaat toepassing. Dit is een combinatie van elektronica en moleculaire biologie. "

De drie-dimensionale sensor arrays zijn vervaardigd met behulp van conventionele low-cost, top-down micro-elektronica technologie. Hoewel de bestaande monstervoorbereiding en de laad-systemen kunnen worden gewijzigd, moet de nieuwe biosensor-arrays compatibel zijn met de bestaande werkstromen in onderzoek en diagnostische laboratoria.

"We willen deze apparaten eenvoudig te vervaardigen door gebruik te maken van alle vooruitgang in micro-elektronica, terwijl op hetzelfde moment niet significant veranderen van bruikbaarheid voor de arts of onderzoeker," aldus Ramasamy Ravindran, een afstudeeronderzoek assistent in Nanotechnology Georgia Tech Research Center en de School of Electrical and Computer Engineering.

Een belangrijk voordeel van het platform is dat de detectie zal worden gedaan met behulp van low-cost, disposable componenten, terwijl de verwerking van informatie zal worden gedaan door herbruikbare conventionele geïntegreerde schakelingen tijdelijk aangesloten op de array. Ultra-hoge dichtheid lente-achtige mechanisch compliant aansluitingen en geavanceerde "through-silicon vias" zal de elektrische aansluitingen terwijl technici de biosensor arrays te vervangen zonder beschadiging van de onderliggende circuit.

Het scheiden van de detectie en de verwerking porties laat fabricage geoptimaliseerd worden voor elk type apparaat, notities Hyung Suk Yang, een afstudeeronderzoek assistent ook werkzaam in de Nanotechnologie Research Center. Zonder de scheiding, de soorten materialen en processen die kunnen worden gebruikt om de sensoren te fabriceren zijn ernstig beperkt.

De gevoeligheid van de kleine elektronische sensoren kan vaak groter zijn dan de huidige systemen, mogelijk waardoor ziekten eerder worden opgespoord. Omdat de steekproef putten zal aanzienlijk kleiner zijn dan die van de huidige microplaten - waardoor een kleinere form factor - zij konden toelaten meer testen worden gedaan met een bepaald monster volume.

De technologie kan ook gemakkelijker gebruik van de ligand-based sensing dat specifieke genetische sequenties in DNA of messenger RNA herkent. "Dat zou heel snel geven ons een indicatie van de eiwitten die worden uitgedrukt door deze patiënt, die geeft ons kennis van de ziekte staat op het punt-of-care", aldus Ken Scarberry, een postdoc in het lab McDonald's.

Tot nu toe hebben de onderzoekers aangetoond een biosensing systeem met silicium nanodraad sensoren in een 16-well-apparaat gebouwd op een een-centimeter door een centimeter chip. De nanodraden, op slechts 50 bij 70 nanometer, een onderscheid gemaakt tussen eierstokkanker cellen en gezonde eierstokken epitheliale cellen op een verscheidenheid van celdichtheden.

Silicium nanodraad sensor technologie kan worden gebruikt om tegelijkertijd te detecteren grote aantallen van de verschillende cellen en biomaterialen zonder labels. Buiten dat veelzijdige technologie, kan de biosensing platform biedt een breed scala van andere sensoren - met inbegrip van technologieën die niet nog niet. Uiteindelijk zou honderdduizenden verschillende sensoren worden opgenomen in elke chip, genoeg om snel te detecteren markers voor een brede waaier van ziekten.

"Ons platform idee is echt sensor agnostisch," aldus Ravindran. "Het kan gebruikt worden met veel verschillende sensoren die mensen zich ontwikkelen. Het zou ons een gelegenheid om bij elkaar te brengen heel veel verschillende soorten sensoren in een enkele chip."

Genetische mutaties kunnen leiden tot een groot aantal verschillende ziekte stelt dat een respons van de patiënt de ziekte of medicatie kunnen beïnvloeden, maar de huidige label sensing methoden zijn beperkt in hun vermogen om grote aantallen van verschillende merkers tegelijk op te sporen.

In kaart brengen van single nucleotide polymorfismen (SNPs), variaties die goed zijn voor ongeveer 90 procent van de menselijke genetische variatie, kan worden gebruikt om een ​​patiënt neiging tot een ziekte, of hun kans aanmerking komen voor een bepaalde interventie te bepalen. De nieuwe biosensing technologie in staat kan stellen verzorgers te produceren en te SNP kaarten analyseren op het point-of-care.

Hoewel veel technische uitdagingen blijven, de mogelijkheid om het scherm voor duizenden van ziekte markers in real-time is biomedische wetenschappers zoals McDonald opgewonden.

"Met voldoende sensoren in daar, je theorie zou alle mogelijke combinaties op de array zetten," zei hij. "Dit is niet beschouwd als mogelijk is tot nu toe omdat het maken van een serie groot genoeg is om ze allemaal te detecteren met de huidige technologie is waarschijnlijk niet haalbaar is. Maar met micro-elektronica technologie, kunt u gemakkelijk alle mogelijke combinaties zijn, en dat verandert alles."

Bron: http://www.gatech.edu/

Last Update: 4. October 2011 04:25

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