Se genera un gradiente de pH estable entre un par de microelectrodos de grafeno polarizados. Las moléculas (partículas rojas) se enfocan en una banda estrecha, el plano de enfoque, entre los microelectrodos tras la generación del gradiente de pH. Las moléculas enfocadas se detectan con alta sensibilidad mediante la colocación previa de reconocedores específicos (partículas verdes) en el plano de enfoque. Crédito:UMass Amherst
Una nueva investigación dirigida por el profesor asistente de la Universidad de Massachusetts Amherst, Jinglei Ping, ha superado un gran desafío para aislar y detectar moléculas al mismo tiempo y en la misma ubicación en un microdispositivo. El trabajo, publicado recientemente en ACS Nano, demuestra un avance importante en el uso de grafeno para el procesamiento y análisis de biomuestras electrocinéticas, y podría permitir que los dispositivos de laboratorio en un chip se vuelvan más pequeños y logren resultados más rápido.
El proceso de detección de biomoléculas ha sido complicado y lento. "Por lo general, primero tenemos que aislarlos en un medio complejo en un dispositivo y luego enviarlos a otro dispositivo u otro lugar en el mismo dispositivo para su detección", dice Ping, quien está en el Departamento de Ingeniería Mecánica e Industrial de la Facultad de Ingeniería y es también afiliado al Instituto de Ciencias de la Vida Aplicadas de la universidad. "Ahora podemos aislarlos y detectarlos en el mismo punto de microescala en un dispositivo de microfluidos al mismo tiempo; nadie lo ha demostrado antes".
Su laboratorio logró este avance mediante el uso de grafeno, una red de átomos de carbono en forma de panal de un átomo de espesor, como microelectrodos en un dispositivo de microfluidos.
"Descubrimos que, en comparación con los microelectrodos de metal inerte típicos, la estabilidad de la electrólisis de los microelectrodos de grafeno es más de 1000 veces mejor, lo que los hace ideales para el análisis electrocinético de alto rendimiento", dice.
Además, agregó Ping, dado que el grafeno monocapa es transparente, "desarrollamos una estrategia microfluídica tridimensional de flujo múltiple para detectar microscópicamente las moléculas aisladas y calibrar la detección al mismo tiempo desde una dirección normal a los microelectrodos de grafeno".
El nuevo enfoque desarrollado en el trabajo allana el camino para la creación de dispositivos lab-on-a-chip de eficiencias máximas de tiempo y tamaño, dice Ping. Además, el enfoque no se limita al análisis de biomoléculas y puede usarse potencialmente para separar, detectar y estimular microorganismos como células y bacterias.
Los coautores del artículo, "Enfoque y detección electrocinéticos de alto rendimiento habilitados con grafeno", son los estudiantes de Ping, Xiao Fan (primer autor) y Xiaoyu Zhang. Investigadores desarrollan microsensores de flujo ultrasensibles
