Investigadores de la Universidad Hebrea de Jerusalén han creado un sistema de chips nanofotónicos utilizando láseres y bacterias para observar la fluorescencia emitida por una sola célula bacteriana. Para fijar las bacterias en su lugar y dirigir la luz hacia las células bacterianas individuales, utilizaron guías de ondas plasmónicas en forma de V, diminutas varillas recubiertas de aluminio de solo decenas de nanómetros de diámetro. El novedoso sistema, descrito en la revista Nano Letters, allana el camino para un sistema en chip eficiente y portátil para diversas aplicaciones de detección basadas en células, como la detección de productos químicos en tiempo real.

El campo de los dispositivos fotónicos en chip para aplicaciones de detección biológica y química presenta muchas alternativas poderosas a las técnicas analíticas convencionales para aplicaciones que van desde el "laboratorio en un chip" hasta el monitoreo ambiental. Sin embargo, Estos esquemas de detección se basan principalmente en la detección fuera de chip y requieren un aparato engorroso, incluso cuando se miden solo células individuales.

El equipo de la Universidad Hebrea buscó formas de integrar todos los componentes del sistema, incluyendo fuentes de luz y detectores, en chip a nanoescala. Esto daría como resultado un sistema de laboratorio en chip que es pequeño, portátil y puede realizar la detección en tiempo real.

Lograr esto, Ellos diseñaron bacterias vivas mediante ingeniería molecular que emiten una señal fluorescente en presencia de compuestos objetivo. Emparejaron estos en el chip con una guía de ondas a nanoescala, que no solo sirvió para guiar la luz, pero también permitió la captura mecánica de bacterias individuales dentro de la ranura en V.

En tres condiciones de iluminación diferentes, demostraron experimentalmente el interrogatorio de una célula bacteriana de Escherichia coli individual utilizando una guía de ondas de ranura en V plasmónica a nanoescala. Primero, midieron la luz emitida por una bacteria que fluye sobre el nanoacoplador en un ambiente líquido al permitir que la fluorescencia de la bacteria se acople directamente a la guía de ondas a través del nanoacoplador. Próximo, una bacteria quedó atrapada mecánicamente dentro de la guía de ondas de la ranura en V y fue excitada por láser directamente desde la parte superior o a través del nanoacoplador. En todos los casos, Se recogió una fluorescencia significativa del nanoacoplador de salida en el detector.

El sistema funcionó bien tanto en ambientes húmedos, donde las bacterias fluyen sobre la guía de ondas, y en condiciones secas, donde las bacterias quedan atrapadas dentro de la guía de ondas.

La investigación fue dirigida por el Prof. Uriel Levy, Director del Centro Familiar Harvey M. Krueger de Nanociencia y Nanotecnología de la Universidad Hebrea en colaboración con el Prof.Shimshon Belkin, en el Instituto de Ciencias de la Vida Alexander Silberman de la Universidad Hebrea, que diseñó genéticamente los sensores bacterianos, y el Prof. Anders Kristensen de la Universidad Técnica Danesa, quien estaba a cargo de fabricar las guías de onda con ranura en V. El profesor Levy es la cátedra Eric Samson de ciencia y tecnología aplicadas, y el Prof. Belkin es la Cátedra de Higiene Industrial del Ministerio de Trabajo y Bienestar Social, en la Universidad Hebrea.

A diferencia de las guías de onda plasmónicas más tradicionales que consisten en plata u oro, la elección del aluminio fue fundamental para poder guiar la luz fluorescente emitida por las bacterias hasta el nanoacoplador de salida. Es más, Las dimensiones de la guía de ondas permiten una captura mecánica eficiente de las bacterias y las características multimodo pueden ser fundamentales para recopilar más información. p.ej., en la posición y orientación específicas de las bacterias.

Los resultados proporcionan una clara indicación de la viabilidad de construir un sistema bioplásmico híbrido utilizando células vivas. El trabajo futuro incluirá la construcción de una red de guías de ondas, diversificar el sistema para incorporar diferentes tipos de sensores bacterianos para la detección de diversos analitos biológicos o químicos.