Sección transversal del dispositivo con una gota. El lado izquierdo muestra una gota sin calentar con la construcción de ADN FRET en forma bicatenaria. El lado derecho muestra una gota calentada donde la construcción FRET se ha desnaturalizado, resultando en un aumento de la fluorescencia.
(Phys.org) —Los sistemas miniaturizados de laboratorio en chip prometen sensible, y detección multiplexada de muestras biológicas para diagnóstico médico, descubrimiento de medicamento, y cribado de alto rendimiento. Usando técnicas de microfabricación e incorporando un diseño único de calentamiento basado en transistores, Los investigadores de la Universidad de Illinois en Urbana-Champaign están avanzando aún más en el uso de transistores de silicio y electrónica en química y biología para diagnósticos en el punto de atención.
Las tecnologías Lab-on-a-chip son atractivas ya que requieren menos reactivos, tienen límites de detección más bajos, permitir análisis paralelos, y puede tener una huella más pequeña.
"La integración de varias funciones de laboratorio en microchips se ha estudiado intensamente durante muchos años, "explicó Rashid Bashir, un profesor Abel Bliss de ingeniería eléctrica e informática y de bioingeniería en Illinois. "Los avances adicionales de estas tecnologías requieren la capacidad de integrar elementos adicionales, como el elemento calefactor miniaturizado, y la capacidad de integrar elementos calefactores en un formato masivamente paralelo compatible con la tecnología de silicio.
"En este trabajo, demostramos que podemos calentar gotas de volumen de nanolitros, individualmente y en una matriz, utilizando dispositivos basados en silicio VLSI, hasta temperaturas que hacen que sea interesante realizar varias reacciones bioquímicas dentro de estas gotitas ".
"Nuestro método coloca las gotas en una serie de calentadores de microondas de silicio individuales en el chip para controlar con precisión la temperatura de las gotas en el aire, permitiéndonos realizar reacciones bioquímicas, incluida la fusión del ADN y la detección de desajustes de una sola base, "dijo Eric Salm, primer autor del artículo, "Reacciones térmicas ultralocalizadas en gotitas de subnanolitros en el aire, "publicado en el procedimientos de la Academia Nacional de Ciencias ( PNAS ) el 12 de febrero.
Según Salm, Los enfoques para realizar el calentamiento localizado de estas gotitas de subnanolitros individuales pueden permitir nuevas aplicaciones que requieren paralelo, tiempo-, y reacciones de multiplexación espacial en un solo circuito integrado. Dentro de laboratorio en chips miniaturizados, Se han utilizado gotitas estáticas y dinámicas de fluidos en diferentes medios inmiscibles como recipientes individuales para realizar reacciones bioquímicas y confinar los productos.
"Esta tecnología hace posible realizar reacciones de amplificación de ácidos nucleicos y lisis celular dentro de estas gotitas individuales; las gotitas son los recipientes de reacción o cubetas que se pueden calentar individualmente, "Añadió Salm.
"También demostramos que las moléculas de sonda de ssDNA se pueden colocar en calentadores en solución, seco, y luego rehidratado por moléculas diana de ssDNA en gotitas para hibridación y detección, "dijo Bashir, quien es director del Laboratorio de Micro y Nanotecnología en Illinois. "Esta plataforma permite muchas aplicaciones en gotitas, incluida la hibridación de moléculas de ADN de bajo número de copias, lisis de células individuales, interrogación de interacciones ligando-receptor, y ciclos rápidos de temperatura para la amplificación de moléculas de ADN.
"Notablemente, "Agregó Bashir, "nuestro calentador miniaturizado también podría funcionar como elementos de sensor / calentador doble, ya que estas estructuras de nanocables o nanocintas de silicio sobre aislante se han utilizado para detectar ADN, proteínas, pH y pirofosfatos.
Mediante el uso de técnicas de microfabricación e incorporando el diseño único de calentamiento basado en transistores con volúmenes de reacción individuales, Las tecnologías de 'laboratorio en un chip' se pueden reducir a tecnologías de 'laboratorio en un transistor' como híbridos de sensor / calentador que podrían usarse para diagnósticos en el punto de atención ".
