Un ayuno técnica de bajo costo para ver y contar virus o proteínas de una muestra en tiempo real, sin productos químicos ni colorantes, podría sustentar una nueva clase de dispositivos para el diagnóstico rápido y el monitoreo de la carga viral, incluido el VIH y el virus que causa COVID-19.

Investigadores de la Universidad de Illinois Urbana-Champaign describieron la técnica, llamado Microscopía de Dispersión Interferométrica de Resonador Fotónico, o PRISM, en el diario Comunicaciones de la naturaleza .

"Hemos desarrollado una nueva forma de microscopía que amplifica la interacción entre la luz y los materiales biológicos. Podemos usarla para formas muy rápidas y sensibles de pruebas de diagnóstico, y también como una herramienta muy poderosa para comprender los procesos biológicos a escala de elementos individuales, como contar proteínas individuales o registrar interacciones de proteínas individuales, "dijo el líder del estudio Brian Cunningham, la Cátedra Intel Alumni Endowed de ingeniería eléctrica e informática y miembro del Laboratorio de Micro y Nanotecnología de Holonyak y del Instituto Carl R. Woese de Biología Genómica en Illinois.

En microscopios ópticos, la luz rebota en cualquier molécula o virus que encuentre en un portaobjetos, creando una señal. En lugar de un portaobjetos de vidrio normal, la técnica PRISM utiliza cristal fotónico:una superficie de vidrio nanoestructurado que refleja brillantemente solo una longitud de onda de luz. El grupo de Cunningham diseñó y fabricó un cristal fotónico que refleja la luz roja, para que la luz de un láser rojo se amplificara.

"Las moléculas que estamos analizando, en este estudio, virus y proteínas pequeñas:son extremadamente pequeñas. No pueden dispersar suficiente luz para crear una señal que pueda ser detectada por un microscopio óptico convencional. "dijo el estudiante de posgrado Nantao Li, el primer autor del artículo. "El beneficio de usar el cristal fotónico es que amplifica la intensidad de la luz, por lo que es más fácil detectar esas señales y nos permite estudiar estas proteínas y virus sin etiquetas químicas o colorantes que puedan modificar su estado natural o dificultar su actividad; podemos simplemente use la señal de dispersión intrínseca como indicador para determinar si esas moléculas están presentes ".

Los investigadores verificaron su técnica detectando el virus que causa COVID-19. PRISM detectó coronavirus individuales mientras viajaban por la superficie del portaobjetos. Los investigadores también utilizaron PRISM para detectar proteínas individuales como la ferritina y el fibrinógeno. La técnica podría permitir a los investigadores estudiar tales objetivos biológicos en sus estados naturales, observando cómo las proteínas interactúan, por ejemplo, o los investigadores podrían sembrar la superficie del portaobjetos de cristal fotónico con anticuerpos u otras moléculas para capturar los elementos objetivo y mantenerlos en su lugar.

"Se necesitan 10 segundos para obtener una medición, y en ese tiempo podemos contar la cantidad de virus capturados en el sensor, "Cunningham dijo." Es un método de detección de un solo paso que funciona a temperatura ambiente. También es rápido, muy sensible y de bajo costo. Es muy diferente de la forma estándar en la que hacemos pruebas virales ahora, que implica romper los virus, extrayendo su material genético y sometiéndolo a un proceso de amplificación química para que podamos detectarlo. Ese método, llamado PCR, es precisa y sensible, pero requiere tiempo equipos especializados y técnicos capacitados ".

El grupo de Cunningham está trabajando para incorporar la tecnología PRISM en portátiles, dispositivos de diagnóstico rápido para el control de la carga viral de COVID-19 y VIH. El grupo está explorando dispositivos prototipo que incorporan filtros para muestras de sangre e incluso cámaras de condensación para pruebas de aliento.

"También vamos a utilizar esto como una herramienta de investigación para la biología y el cáncer, ", Dijo Cunningham." Podemos usarlo para comprender las interacciones de las proteínas que son parte de los procesos de la enfermedad. Estamos interesados ​​en usarlo para detectar estas diminutas vesículas que desprenden las células cancerosas, y ver de qué tejidos proceden, para el diagnóstico, y también para estudiar qué carga están transportando desde las células cancerosas ".