Los investigadores han desarrollado un método de impresión de inyección de tinta único para fabricar diminutos láseres de microdiscos de polímero biocompatible para aplicaciones de biodetección. El enfoque permite la producción tanto del láser como del sensor a temperatura ambiente, ambiente al aire libre, permitiendo potencialmente nuevos usos de las tecnologías de biosensores para el control de la salud y el diagnóstico de enfermedades.

"La capacidad de utilizar una impresora de inyección de tinta comercial portátil y económica para fabricar un sensor en un entorno ambiental podría hacer posible producir biosensores in situ según sea necesario, ", dijo el líder del equipo de investigación Hiroaki Yoshioka de la Universidad de Kyushu en Japón." Esto podría ayudar a generalizar la biosensibilidad incluso en países y regiones económicamente desfavorecidos, donde podría usarse para pruebas bioquímicas simples, incluidos los destinados a la detección de patógenos ".

En la revista The Optical Society (OSA) Materiales ópticos Express , Los investigadores describen la capacidad de imprimir láseres de microdiscos tan pequeños como el diámetro de un cabello humano a partir de un polímero especialmente desarrollado llamado FC-V-50. También muestran que los microdiscos se pueden utilizar con éxito para biosensores con el sistema de biotina-avidina ampliamente utilizado.

"Nuestra técnica se puede utilizar para imprimir en casi cualquier sustrato, "dijo Yoshioka." Esto significa que algún día podría ser posible imprimir un sensor para el control de la salud directamente en la superficie de la uña de una persona, por ejemplo."

Eliminando el calor

Muchos de los biosensores actuales utilizan la fuerte interacción entre las moléculas biotina y avidina para detectar la presencia de proteínas que indican infección o enfermedad. Por lo general, esto implica marcar una molécula de interés con biotina y luego detectar cuando la avidina se une a ella.

Una forma de medir la unión de biotina-avidina es agregar una proteína marcada con biotina a la superficie de una microcavidad óptica que actúa como un láser en miniatura. Cuando la avidina se une a la biotina en la microcavidad, sus propiedades ópticas cambian lo suficiente como para cambiar la emisión de luz de una manera que se puede utilizar para detectar la unión.

Sin embargo, el proceso de modificación necesario para agregar biotina a la superficie de las microcavidades es tedioso y requiere mucho tiempo. También requiere tratamientos térmicos de alta temperatura que no son compatibles con todos los materiales, como polímeros.

"Desarrollamos un láser de cavidad óptica de microdiscos orgánicos para la biodetección utilizando FC-V-50, ", dijo Yoshioka." Este polímero de inyección de tinta especial tiene un grupo funcional carboxilo que es compatible con la biotina, lo que elimina la necesidad de cualquier tipo de tratamiento térmico ".

Sensores de impresión

Para producir láseres de microdiscos, los investigadores desarrollaron una tinta que contenía FC-V-50 y un tinte láser. Un elemento piezoeléctrico incrustado en una boquilla de inyección de tinta del tamaño de un cabello permite un solo, diminuta gota de tinta que se expulsa cuando se aplica un voltaje. Una vez seco esta gota impresa emitirá luz cuando se aplique la luz de excitación. A medida que la luz viaja a lo largo de la circunferencia interior del disco, se amplifica para generar luz láser.

Para convertir el láser de microdisco en un sensor, los investigadores imprimieron un microdisco usando su método de inyección de tinta y luego agregaron reactivos que permitieron que la biotina se inmovilizara en su superficie a temperatura ambiente. Luego utilizaron luz para excitar el láser de microdiscos bajo un microscopio y midieron el espectro de emisión del láser de referencia. Próximo, vertieron la solución de avidina en la superficie del microdisco y lavaron todo lo que no se uniera a la biotina. Se volvió a medir la emisión láser para ver cómo se desviaba del espectro de referencia.

Para probar el método, los investigadores fabricaron biosensores y midieron su capacidad para detectar la proteína estreptavidina en diferentes concentraciones. Pudieron detectar un cambio de modo máximo de 0,02 nanómetros para una concentración de estreptavidina de 0,1 partes por millón. Ahora que han demostrado la capacidad de imprimir biosensores en funcionamiento, planean evaluar más y optimizar el rendimiento del sensor. También sería necesario desarrollar dispositivos portátiles para medir la emisión de luz para que los sensores se utilicen en el punto de atención.