Trabajando con un dispositivo que se asemeja ligeramente a un diapasón microscópicamente diminuto, Investigadores de la Universidad de Tsukuba en Japón han desarrollado recientemente microcantilevers acoplados que pueden realizar mediciones de masa del orden de nanogramos con solo un margen de error del 1 por ciento, lo que potencialmente permite el pesaje de moléculas individuales en entornos líquidos. Los hallazgos se publican esta semana en Letras de física aplicada , de AIP Publishing.

Los microcantilevers acoplados del grupo miden la masa en la escala celular y subcelular mediante el uso de una oscilación autoexcitada, un proceso en el que la retroalimentación de un cuerpo oscilante controla la fase de la fuente de energía que actúa sobre él, permitiendo un movimiento periódico sostenido.

"A diferencia de las medidas anteriores realizadas por voladizos acoplados, que puede detectar la existencia de una masa pequeña pero no puede medir cuantitativamente la masa, no requiere un entorno de medición especial, como un vacío ultra alto, "dijo Hiroshi Yabuno, profesor de la Universidad de Tsukaba en Japón.

Los estudiantes graduados de Yabuno, Daichi Endo y Keiichi Higashino, realizaron las mediciones, y Yasuyuki Yamamoto y Sohei Matsumoto, colaboradores del Instituto Nacional de Ciencia y Tecnología Industrial Avanzada, construyó los microcantilevers acoplados utilizando métodos de fabricación de dispositivos MEMS.

Como todos los procesos biológicos deben tener lugar en un entorno líquido, esto hace que los voladizos del grupo sean ideales para procesos como la detección de hibridación y caracterización del ADN, a nivel de celda única, proteomas completos:datos que muestran globalmente dentro de una célula de este tipo qué proteínas se expresan dónde y cuándo como resultado de las instrucciones contenidas en el genoma del ADN de un organismo.

"A partir de las características del método propuesto, es fácil esperar que podamos obtener la misma precisión en un entorno líquido, "Dijo Yabuno.

El voladizo acoplado, construido a partir de una oblea de silicio-aislante-silicio grabada, se asemeja a un pequeño diapasón cuyas puntas miden 500 por 100 micrómetros. Los investigadores probaron las capacidades de sus voladizos midiendo la masa de microesferas de poliestireno, que tienen un diámetro medio de 15,0 micrómetros, el mismo orden de magnitud que una célula hepática.

En su configuración, se colocó una esfera en una de las puntas, en un sistema biológico, las muestras se fijarían mediante movilización covalente, Dijo Yabuno.

Luego, las puntas fueron estimuladas por un actuador piezoeléctrico, un dispositivo que convierte una señal eléctrica en un desplazamiento físico controlado. Para inducir una oscilación autoexcitada en los voladizos, el movimiento del actuador se ajusta automáticamente mediante una retroalimentación adecuada referida al movimiento de uno de los voladizos.

La presencia de la esfera en uno de los dientes da como resultado una relación de diferencia de masa entre los dos, que afecta a las vibraciones resultantes, medido por un par de vibrómetros láser Doppler y observado en el análisis de espectro de las frecuencias oscilantes del voladizo.

"El método se puede aplicar a más pequeños, nanoescala, voladizos acoplados, "Dijo Yabuno." Se puede esperar realizar la medición de masa infinitesimal, que es imposible en los métodos existentes, incluso en cualquier entorno de medición ".

El trabajo futuro de Yabuno y sus colegas implica el uso de voladizos para obtener mediciones cuantitativas de alta precisión de muestras biológicas como células humanas y ADN en medios líquidos.