Крошечные чипы обещают быструю диагностику заболеваний по одному вдоху

Прочитано: 113 раз(а)


В мире, борющемся с множеством угроз здоровью — от быстро распространяющихся вирусов до хронических заболеваний и устойчивых к лекарствам бактерий — потребность в быстрых, надежных и простых в использовании домашних диагностических тестах никогда не была больше. Представьте себе будущее, в котором эти тесты может проводить кто угодно и где угодно, используя такое маленькое и портативное устройство, как ваши умные часы. Для этого вам нужны микрочипы, способные обнаруживать мельчайшие концентрации вирусов или бактерий в воздухе.

Теперь новое исследование показывает, что возможно разрабатывать и создавать микрочипы, которые могут не только определять несколько заболеваний по одному кашлю или образцу воздуха, но и могут производиться в больших масштабах. Команда факультета Тандона Нью-Йоркского университета включает профессора электротехники и компьютерной инженерии Давуда Шахрджерди; профессора химической и биомолекулярной инженерии Германа Ф. Марка Элизу Риедо; и Джузеппе де Пеппо, доцента химической и биомолекулярной инженерии, ранее работавшего в Mirimus.

«Это исследование открывает новые горизонты в области биосенсорики. Микрочипы, основа смартфонов, компьютеров и других интеллектуальных устройств, изменили то, как люди общаются, развлекаются и работают. Аналогичным образом, сегодня наша технология позволит микрочипам произвести революцию в здравоохранении, от медицинской диагностики до охраны окружающей среды», — говорит Риедо.

«Инновационная технология, продемонстрированная в этой статье, использует полевые транзисторы (FET) — миниатюрные электронные датчики , которые напрямую обнаруживают биологические маркеры и преобразуют их в цифровые сигналы, предлагая альтернативу традиционным цветным химическим диагностическим тестам, таким как домашние тесты на беременность», — сказал Шахрджерди.

«Этот передовой подход позволяет получать более быстрые результаты, проводить тестирование на несколько заболеваний одновременно и немедленно передавать данные поставщикам медицинских услуг», — говорит Шарджерди, который также является директором NYU Nanofabrication Cleanroom, современного объекта, где были изготовлены некоторые из чипов, использованных в этом исследовании. Риедо и Шахджерди также являются соруководителями инициативы NYU NanoBioX.

Полевые транзисторы, основа современной электроники, становятся мощными инструментами в этом поиске диагностических приборов. Эти крошечные устройства можно адаптировать для работы в качестве биосенсоров, обнаруживая определенные патогены или биомаркеры в реальном времени, без необходимости в химических метках или длительных лабораторных процедурах. Преобразуя биологические взаимодействия в измеримые электрические сигналы, биосенсоры на основе FET предлагают быструю и универсальную платформу для диагностики.

Недавние достижения расширили возможности обнаружения биосенсоров FET до невероятно малых уровней — вплоть до фемтомолярных концентраций или одной квадриллионной моля — путем включения наноматериалов, таких как нанопроволоки, оксид индия и графен. Тем не менее, несмотря на свой потенциал, сенсоры на основе FET по-прежнему сталкиваются со значительной проблемой: им трудно одновременно обнаруживать несколько патогенов или биомаркеров на одном чипе.

Современные методы настройки этих датчиков, такие как нанесение биорецепторов, таких как антитела, на поверхность полевого транзистора, не обеспечивают точности и масштабируемости, необходимых для более сложных диагностических задач.

Чтобы решить эту проблему, эти исследователи изучают новые способы модификации поверхностей FET, позволяя каждому транзистору на чипе быть адаптированным для обнаружения другого биомаркера. Это позволило бы параллельно обнаруживать несколько патогенов.

Встречайте термосканирующую зондовую литографию (tSPL) — прорывную технологию, которая может стать ключом к преодолению этих барьеров. Эта технология позволяет точно формировать химические паттерны на чипе с полимерным покрытием, что позволяет функционализировать отдельные полевые транзисторы с различными биорецепторами, такими как антитела или аптамеры, с разрешением до 20 нанометров. Это сопоставимо с крошечными размерами транзисторов в современных передовых полупроводниковых чипах.

Крошечные чипы обещают быструю диагностику заболеваний по одному вдоху



Новости партнеров