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Nova tecnologia substituiria nanoelectrónica Microplate Convencional

Published on September 21, 2010 at 2:17 AM

A microplaca multi-brotou, há muito uma ferramenta padrão em pesquisa biomédica e laboratórios de diagnóstico, pode se tornar uma coisa do passado graças à tecnologia biosensoriamento nova eletrônico desenvolvido por uma equipe de engenheiros de microeletrônica e cientistas biomédicos no Georgia Institute of Technology.

Essencialmente matrizes de tubos de ensaio pequeno, microplacas foram usados ​​por décadas para testar múltiplas amostras ao mesmo tempo para as respostas a produtos químicos, organismos vivos ou anticorpos. Alterações de cor ou fluorescência em rótulos associados a compostos nas placas pode sinalizar a presença de proteínas específicas ou seqüências de gene.

A microplaca nova eletrônico é mostrado na frente da tecnologia que visa substituir, a microplaca convencionais.

Os pesquisadores esperam substituir esses microplacas com tecnologia microeletrônica moderna, incluindo arrays descartável, que contém milhares de sensores eletrônicos conectados a um circuito de processamento de sinal poderoso. Se eles tiverem êxito, esta plataforma biosensoriamento nova eletrônico pode ajudar a concretizar o sonho da medicina personalizada, tornando possível o diagnóstico da doença em tempo real - potencialmente em um consultório médico - e ajudando escolha individualizada abordagens terapêuticas.

"Esta tecnologia pode ajudar a facilitar uma nova era da medicina personalizada", disse John McDonald, cientista-chefe do ovário Cancer Institute, em Atlanta e um professor no Georgia Tech Escola de Biologia. "Um dispositivo como esse poderia detectar rapidamente em indivíduos a mutações genéticas que são indicativos de câncer e, então, determinar qual seria o tratamento ideal. Há uma série de aplicações potenciais para este que não pode ser feito com a tecnologia de análise e diagnóstico atual."

Fundamental para o sistema biosensoriamento novo é a capacidade de detectar eletronicamente marcadores que diferenciam entre células saudáveis ​​e doentes. Esses marcadores poderiam ser as diferenças em proteínas, mutações no DNA ou mesmo níveis específicos de íons que existem em diferentes quantidades nas células cancerosas. Pesquisadores estão descobrindo mais e mais diferenças como essas que poderiam ser exploradas para criar rápido e barato técnicas de detecção eletrônico que não contam com rótulos convencionais.

"Reunimos vários novos pedaços da nanoelectrónica tecnologia para criar um método para fazer as coisas de uma maneira muito diferente do que temos vindo a fazer", disse Muhannad Bakir, um professor adjunto na Faculdade de Tecnologia da Geórgia de Engenharia Electrotécnica e de Computadores. "O que estamos criando é uma plataforma de uso geral de sensoriamento que aproveita o melhor da nanoelectrónica e tridimensionais de integração do sistema eletrônico para modernizar e adicionar novos aplicativos para a aplicação de microplacas de idade. Este é um casamento de eletrônica e biologia molecular. "

As matrizes tridimensionais de sensores são fabricados utilizando convencionais de baixo custo, de cima para baixo a tecnologia microeletrônica. Embora a preparação de amostras existentes e sistemas de carregamento pode ter que ser modificado, o novo biosensor arrays devem ser compatíveis com os fluxos de trabalho existentes na pesquisa e laboratórios de diagnóstico.

"Queremos tornar esses dispositivos simples para a fabricação, aproveitando todos os avanços em microeletrônica, embora não ao mesmo tempo, mudando significativamente a usabilidade para o clínico ou pesquisador", disse Ramasamy Ravindran, um assistente de pesquisa de pós-graduação em Pesquisa Georgia Tech de Nanotecnologia centro e da Faculdade de Engenharia Elétrica e de Computação.

Uma das principais vantagens da plataforma é que o senso será feita utilizando a baixo custo, componentes descartáveis, durante o processamento de informações será feito por reutilizáveis ​​convencionais de circuitos integrados conectados temporariamente para a matriz. Ultra-alta densidade primaveril conectores compatíveis mecanicamente e avançada ", através de silício vias" fará as conexões elétricas, permitindo técnicos para substituir as matrizes biosensor sem danificar os circuitos subjacentes.

Separando o sensoriamento e processamento permite que porções de fabricação para ser otimizado para cada tipo de dispositivo, notas Hyung Suk Yang, um assistente de pesquisa de pós-graduação também a trabalhar no Centro de Pesquisa em Nanotecnologia. Sem a separação, os tipos de materiais e processos que podem ser usados ​​para fabricar os sensores estão severamente limitadas.

A sensibilidade dos sensores eletrônicos minúsculos muitas vezes pode ser maior do que os sistemas atuais, permitindo que doenças potencialmente a ser detectado mais cedo. Porque os poços de amostra será substancialmente menor do que os de microplacas atual - permitindo um formato menor - que poderiam permitir que mais testes devem ser feitos com um volume de amostra dada.

A tecnologia também poderia facilitar o uso do ligante baseada em sensoriamento que reconhece seqüências genéticas específicas no DNA ou RNA mensageiro. "Isso seria muito rapidamente nos dar uma indicação das proteínas que são expressas por aquele paciente, o que nos dá o conhecimento do estado da doença no ponto de atendimento", explicou Ken Scarberry, um companheiro postdoctoral no laboratório de McDonald.

Até agora, os pesquisadores demonstraram um sistema biosensoriamento com sensores de nanofios de silício em um dispositivo de 16 bem-construído sobre um um centímetro por um centímetro-chip. Os nanofios, apenas 50 em 70 nanômetros, diferenciada entre as células de câncer de ovário e células epiteliais de ovário saudáveis ​​em uma variedade de densidades celulares.

Tecnologia de sensores de silício nanofios podem ser usados ​​para detectar simultaneamente um grande número de diferentes células e biomateriais sem rótulos. Além de que a tecnologia versátil, a plataforma biosensoriamento poderia acomodar uma ampla gama de outros sensores - incluindo as tecnologias que podem não existir ainda. Em última análise, centenas de milhares de diferentes sensores poderiam ser incluídos em cada chip, o suficiente para detectar rapidamente os marcadores para uma ampla gama de doenças.

"Nossa idéia é plataforma agnóstica realmente sensor," disse Ravindran. "Pode ser usado com um monte de sensores diferentes que as pessoas estão em desenvolvimento. Nos daria uma oportunidade de reunir uma grande quantidade de diferentes tipos de sensores em um único chip."

As mutações genéticas podem levar a um grande número de estados de doença diferentes que podem afetar a resposta do paciente à doença ou medicação, mas a corrente rotulada métodos de detecção são limitadas em sua habilidade de detectar um grande número de marcadores diferentes simultaneamente.

Mapeamento de polimorfismos de nucleotídeo único (SNPs), variações que respondem por cerca de 90 por cento da variação genética humana, poderia ser usado para determinar a propensão do paciente para uma doença, ou sua probabilidade de beneficiar de uma intervenção particular. A tecnologia pode permitir que novas biosensoriamento cuidadores para produzir e analisar mapas de SNP no ponto-de-cuidado.

Embora muitos desafios técnicos permanecem, a capacidade de tela para milhares de marcadores de doenças em tempo real tem cientistas biomédicos como o McDonald animado.

"Com sensores bastante lá, você poderia, teoricamente, colocar todas as combinações possíveis na matriz", disse ele. "Isso não tem sido considerado possível até agora porque fazer uma série grande o suficiente para detectá-los todos com a tecnologia atual provavelmente não é viável. Mas com a tecnologia microeletrônica, você pode facilmente incluir todas as combinações possíveis, e que muda as coisas."

Fonte: http://www.gatech.edu/

Last Update: 4. October 2011 04:26

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