Figura 1. Un dibujo esquemático de la medición de la solución utilizando un chip microfluídico de terahercios fabricado. El chip consta de una fuente puntual de radiación THz local, un solo microcanal y algunas matrices de resonadores de anillo dividido. Las ondas THz se generan irradiando un rayo láser desde la parte posterior del cristal e interactúan de manera eficiente con la solución que fluye dentro del microcanal. También se muestra la imagen del microscopio óptico del chip microfluídico fabricado. Crédito:Universidad de Osaka
El uso de ondas de terahercios (THz) para la biodetección está recibiendo una atención considerable en la actualidad. Las ondas THz son capaces de detectar vibraciones y rotaciones moleculares, sin utilizar etiquetas que puedan afectar las propiedades de las sustancias de interés.
Sin embargo, hasta ahora, el límite de difracción de las ondas THz y su fuerte absorción por el agua han limitado esta técnica.
Los dispositivos de microfluidos también son sistemas analíticos prometedores debido a los bajos volúmenes de muestra necesarios para la medición de muestras.
Un grupo de investigadores de la Universidad de Osaka ha desarrollado un chip de cristal óptico no lineal (NLOC), que combina ondas THz con un dispositivo de microfluidos, utilizando la proximidad de la fuente de onda THz y la solución de interés en un microcanal. Su trabajo fue publicado en APL Photonics.
"Utilizando nuestra técnica, hemos podido detectar concentraciones de solución de varios femtomoles en volúmenes inferiores a un nanolitro, ", dice el autor correspondiente Masayoshi Tonouchi." Esta detección de alta sensibilidad sin la necesidad de etiquetar restos tiene un gran potencial para futuras técnicas clínicas de baja invasividad ".
Se espera que la detección temprana y rápida de una serie de enfermedades comunes sea una de las principales aplicaciones de la técnica. Cáncer, diabetes, y el virus de la influenza podría potencialmente detectarse con solo volúmenes muy pequeños de fluidos corporales, reducir el dolor y la incomodidad de numerosos procedimientos exploratorios para los pacientes. Además, la técnica permite analizar las células vivas de forma no destructiva, que tiene numerosos beneficios potenciales en la investigación.
Figura 2. Gráficos del cambio de frecuencia de resonancia con respecto a la concentración de minerales en la cantidad real de 318 picolitros de agua mineral. Al observar la cantidad de cambio de la frecuencia de resonancia del agua pura, se encuentra que el soluto puede detectarse con una sensibilidad de hasta 31,8 femtomoles. Crédito:Universidad de Osaka
El chip NLOC desarrollado es capaz de generar localmente la radiación THz muy cerca del dispositivo de microcanal único, mejorando la eficiencia. El chip sensor se utilizó para analizar las concentraciones de minerales comparando los cambios de frecuencia resultantes de la presencia de iones con los del agua pura. Usando esta técnica, determinaron una sensibilidad de 31,8 femtomoles.
"Lograr una alta sensibilidad sin la necesidad de una fuente óptica o THz de alta potencia, sondas o prismas de campo cercano, abre una serie de posibilidades, ", dice el autor principal Kazunori Serita." Estamos muy entusiasmados con el potencial de nuestros hallazgos para conducir a una detección rápida y un diseño de dispositivo compacto. En particular, vemos que nuestros resultados aceleran el desarrollo de dispositivos THz lab-on-a-chip ".
Es probable que esta tecnología altamente adaptable se extienda a muchas áreas de la analítica y la bioquímica, así como biología celular, y medicina clínica.
