Ilustración del estudiante de doctorado Greg Madejski de las capas que componen su nuevo dispositivo de detección de ADN. Crédito:Ilustración de la Universidad de Rochester / Greg Madejski
Greg Madejski contuvo la respiración mientras miraba por el microscopio, tratando de soldar dos chips del tamaño de una uña:un chip diminuto que contiene un nanofiltro encima de otro chip con un sensor de ADN.
Fue un trabajo frustrante. Los chips no estaban haciendo buen contacto entre sí. Madejski golpeó suavemente las patatas fritas, luego miró por encima del microscopio.
Y exhaló.
La repentina ráfaga de aire caliente barrió el nanofiltro, transfiriéndolo al sensor, justo en el objetivo. El "accidente" llevó a Madejski a una idea importante:el vapor de agua en su aliento se había condensado en el dispositivo, haciendo que el nanofiltro se adhiera muy bien al sensor.
"Fue como un tatuaje temporal realmente de alta tecnología que creé por accidente; ¡lame y pegue!" dice el estudiante de doctorado en el laboratorio de James McGrath, profesor de ingeniería biomédica en la Universidad de Rochester.
Y así es como el vapor de agua se convirtió en parte integral del desarrollo y diseño de un dispositivo novedoso para detectar biomarcadores de ADN relacionados con enfermedades. Creado por el laboratorio de McGrath en colaboración con el profesor Vincent Tabard-Cossa y el estudiante graduado Kyle Briggs en la Universidad de Ottawa, el dispositivo se describe en un artículo publicado en línea en Nano Letters. El artículo, y una imagen de la animación casera de Madejski del dispositivo en funcionamiento, se destacará en la portada de la edición impresa de febrero de 2018.
'Una estructura notable'
El dispositivo se compone de tres capas ultrafinas:
La disposición crea una nanocavidad llena con menos de un femtolitro de fluido, o aproximadamente un millón de veces más pequeña que las gotas de lluvia más pequeñas.
Durante la operación, el dispositivo utiliza un campo eléctrico para atraer una hebra de ADN a entrar en uno de los poros del prefiltro y luego pasar a través de la nanocavidad para alcanzar el poro de la membrana del sensor subyacente. Esto desencadena cambios en la corriente eléctrica del dispositivo que se pueden detectar y analizar. El hecho de que el ADN deba alargarse de manera consistente para pasar a través de la combinación de dos membranas mejora la precisión y reproducibilidad de la detección.
"Esta es una estructura notable, ", dice McGrath." Hemos construido un sistema integrado con un filtro muy poroso al alcance molecular de un sensor. Creo que hay muchos sensores particularmente aquellos que buscan biomarcadores en fluidos biológicos crudos, eso se beneficiaría de filtrar las moléculas no deseadas inmediatamente aguas arriba del detector ".
Esta animación muestra, como explica el estudiante graduado Greg Madejski, las "finas películas de agua, visto como colores del arco iris, hinchando y encogiendo el espacio entre el prefiltro y el nanoporo cuando está expuesto a vapor de agua adicional ”. Crédito:Universidad de Rochester
El método de fabricación moja instantáneamente la nanocavidad, que a menudo es difícil a nanoescala. El dispositivo contiene docenas de estas nanocavidades, lo que eventualmente puede aumentar la cantidad de material que se puede cribar al permitir la detección de biomarcadores en paralelo.
Resolver problemas que otros necesitan resolver
El laboratorio de Tabard-Cossa utiliza dispositivos de nanoporos de estado sólido para encontrar nuevas formas de manipular y caracterizar moléculas individuales. Su laboratorio estaba interesado en encontrar nuevos materiales que pudieran usarse para la detección de biomarcadores. El prefiltro del nuevo dispositivo aborda un problema con otros detectores de nanoporos de silicio:es más probable que se obstruyan que los dispositivos alternativos que utilizan esos poros biológicos para la detección. Membranas biológicas, por otra parte, son menos estables que los nanoporos de estado sólido, Señaló McGrath.
"Nos encanta aplicar nuestras tecnologías de membranas para resolver problemas que otros necesitan resolver. Este es un ejemplo muy bueno." "Dice McGrath.
McGrath es cofundador de SiMPore, una startup con sede en la universidad que desarrolla dispositivos basados en chips que incorporan membranas de silicio para una variedad de aplicaciones, desde la detección biológica hasta la diálisis.
"Creo que nos daremos cuenta de las ventajas prácticas de esta tecnología a corto plazo, ", dice. Una segunda generación del nuevo dispositivo, desarrollado en SiMPore, incorpora el prefiltro directamente en los chips durante la fabricación a escala de obleas, "para que ya no haya nadie respirando sobre él, ", señala." En realidad, todo está construido como una sola unidad y debería facilitar los estudios futuros. Eso es un mérito del ingenio de SiMPore y un gran legado para Greg ".
