Este es un esquema a escala de un sensor electrónico de nanocables retorcidos que sondea la región intracelular de una célula. El dispositivo de dos terminales tiene una estructura tridimensional y flexible con el elemento transistor a nanoescala clave integrado sintéticamente en la punta de la nanoestructura de nanoalambres de ángulo agudo. Nanosondas 3D modificadas con bicapas de fosfolípidos entran en células individuales de una manera mínimamente invasiva para permitir un registro robusto del potencial intracelular. Crédito:Cortesía de Charles Lieber, Universidad Harvard.
Los químicos e ingenieros de la Universidad de Harvard han convertido nanocables en un nuevo tipo de transistor en forma de V lo suficientemente pequeño como para ser utilizado en la exploración sensible del interior de las células.
El nuevo dispositivo, descrito esta semana en la revista Ciencias , es más pequeño que muchos virus y aproximadamente una centésima parte del ancho de las sondas que ahora se utilizan para tomar medidas celulares, que puede ser casi tan grande como las propias células. Su esbeltez es una mejora notable con respecto a estas sondas más voluminosas, que puede dañar las células tras la inserción, reduciendo la precisión o confiabilidad de los datos obtenidos.
"Nuestro uso de estos transistores de efecto de campo a nanoescala, o nanoFET, representa el primer enfoque totalmente nuevo de estudios intracelulares en décadas, así como la primera medición del interior de una celda con un dispositivo semiconductor, "dice el autor principal Charles M. Lieber, el Mark Hyman, Profesor Jr. de Química en Harvard. "Los nanoFET son la primera nueva herramienta de medición eléctrica para estudios intracelulares desde la década de 1960, durante ese tiempo la electrónica ha avanzado considerablemente ".
Esto muestra la entrega de un sensor de transistor a nanoescala de dos terminales en celdas individuales. El dispositivo tiene una estructura tridimensional y flexible con el elemento transistor de efecto de campo de nanoescala clave integrado sintéticamente en la punta de la nanoestructura de nanoalambres de ángulo agudo. Nanosondas 3D modificadas con bicapas de fosfolípidos entran en células individuales de una manera mínimamente invasiva para permitir un registro robusto del potencial intracelular. Crédito:Cortesía de Charles Lieber, Universidad Harvard.
Lieber y sus colegas dicen que los nanoFET podrían usarse para medir el flujo de iones o las señales eléctricas en las células, particularmente neuronas. Los dispositivos también podrían estar equipados con receptores o ligandos para sondear la presencia de bioquímicos individuales dentro de una célula.
Las células humanas pueden variar en tamaño desde aproximadamente 10 micrones (millonésimas de metro) para las células nerviosas hasta 50 micrones para las células cardíacas. Mientras que las sondas de corriente miden hasta 5 micrones de diámetro, Los nanoFET son varios órdenes de magnitud más pequeños:menos de 50 nanómetros (mil millonésimas de metro) en tamaño total, con la propia sonda de nanocables que mide solo 15 nanómetros de diámetro.
Esta es una imagen óptica de una nano sonda de nanocables de dos terminales internalizada por una sola celda. El dispositivo tiene una estructura tridimensional y flexible con el elemento transistor de efecto de campo de nanoescala clave integrado sintéticamente en la punta de la nanoestructura de nanoalambres de ángulo agudo. Nanosondas 3D modificadas con bicapas de fosfolípidos entran en células individuales de una manera mínimamente invasiva para permitir un registro robusto del potencial intracelular. Crédito:Cortesía de Charles Lieber, Universidad Harvard
Aparte de su pequeño tamaño, dos características permiten una fácil inserción de nanoFET en las celdas. Primero, Lieber y sus colegas descubrieron que al recubrir las estructuras con una bicapa de fosfolípidos, el mismo material del que están hechas las membranas celulares, los dispositivos se introducen fácilmente en una célula mediante la fusión de membranas. un proceso relacionado con el que se usa para engullir virus y bacterias.
"Esto elimina la necesidad de introducir los nanoFET en una celda, dado que esencialmente se fusionan con la membrana celular por la propia maquinaria de la célula, ", Dice Lieber." Esto también significa que la inserción de nanoFET no es tan traumática para la célula como las sondas eléctricas actuales. Descubrimos que los nanoFET se pueden insertar y quitar de una celda varias veces sin ningún daño perceptible en la celda. Incluso podemos usarlos para medir continuamente cuando el dispositivo entra y sale de la celda ".
En segundo lugar, El artículo actual se basa en trabajos previos del grupo de Lieber para introducir "estereocentros" triangulares, esencialmente, uniones fijas de 120º - en nanocables, estructuras que anteriormente habían sido rígidamente lineales. Estos estereocentros, análogo a los centros químicos que se encuentran en muchas moléculas orgánicas complejas, introducir torceduras en nanoestructuras 1-D, transformándolos en formas más complejas.
Lieber y sus coautores descubrieron que la introducción de dos ángulos de 120 ° en un nanoalambre en la orientación cis adecuada crea un solo ángulo de 60 ° en forma de V, perfecto para un nanoFET de dos puntas con un sensor en la punta de la V. Los dos brazos se pueden conectar a cables para crear una corriente a través del transistor a nanoescala.
