_ Echipa de cercetare dezvoltă la scară nanometrică dispozitiv pentru analiza chimică a creierului

Provocările de lungă durată în cercetarea biomedicală, cum ar fi monitorizarea chimiei creierului și urmărirea răspândirii medicamentelor prin organism, necesită senzori mult mai mici și mai precisi. Un nou senzor la scară nanometrică care poate monitoriza zone de 1.000 de ori mai mici decât tehnologia actuală și poate urmări modificări subtile ale conținutului chimic al țesutului biologic cu o rezoluție sub secundă, depășind cu mult tehnologiile standard.

Dispozitivul, dezvoltat de cercetători. de la Universitatea din Illinois Urbana-Champaign, este pe bază de siliciu și profită de tehnicile dezvoltate pentru producția de microelectronice. Dimensiunea mică a dispozitivului îi permite să colecteze conținut chimic cu o eficiență de aproape 100% din regiunile foarte localizate ale țesutului într-o fracțiune de secundă. Capacitățile acestui nou dispozitiv de nanodializă sunt raportate în jurnalul ACS Nano.

„Cu dispozitivul nostru de nanodializă, luăm o tehnică consacrată și o împingem într-o nouă extremă, creând probleme de cercetare biomedicală care erau imposibile până acum. fezabil acum”, a spus Yurii Vlasov, profesor de inginerie electrică și computerizată la U. of I. și co-conducător al studiului. „În plus, deoarece dispozitivele noastre sunt fabricate pe siliciu folosind tehnici de fabricare a microelectronicelor, ele pot fi fabricate și implementate la scară mare.”

Nanodializa se bazează pe o tehnică numită microdializă în care o sondă cu o membrană subțire este introdus în țesutul biologic. Substanțele chimice trec prin membrană într-un fluid care este pompat pentru analiză. Capacitatea de a preleva direct probe din țesut a avut un impact major în domenii precum neuroștiința, farmacologia și dermatologia.

Microdializa tradițională are însă limitări. Sondele eșantionează de la câțiva milimetri pătrați, astfel încât pot măsura compoziția medie doar pe regiuni relativ mari din țesut. Dimensiunea mare duce, de asemenea, la un anumit grad de deteriorare a țesuturilor atunci când sonda este introdusă, potențial denaturarea rezultatelor analizei. În cele din urmă, fluidul pompat prin sondă curge la o viteză relativ mare, influențând eficiența și acuratețea cu care pot fi citite concentrațiile chimice.

„Multe probleme cu microdializa tradițională pot fi rezolvate prin utilizarea unui dispozitiv mult mai mic. ”, a spus Vlasov. „Mărirea mai mică cu nanodializă înseamnă mai multă precizie, mai puține daune de la plasarea țesuturilor, cartografierea chimică a țesutului cu o rezoluție spațială mai mare și un timp de citire mult mai rapid, permițând o imagine mai detaliată a schimbărilor în chimia țesuturilor.”

Cea mai importantă caracteristică a nanodializei este debitul ultra-lent al fluidului pompat prin sondă. Făcând debitul de 1.000 de ori mai lent decât microdializa tradițională, dispozitivul captează compoziția chimică a țesutului colectat dintr-o zonă de 1.000 de ori mai mică decât tehnicile tradiționale, menținând în același timp eficiența de 100%.

„Prin scăderea drastică a fluxului. rata, permite substanțelor chimice care difuzează în sondă să se potrivească cu concentrațiile din exterior în țesut”, a explicat Vlasov. "Imaginați-vă că adăugați colorant într-o țeavă cu apă curgătoare. Dacă debitul este prea rapid, colorantul se diluează la concentrații greu de detectat. Pentru a evita diluarea, trebuie să întoarceți apa aproape până la capăt."

Dispozitivele standard de microdializă sunt construite folosind sonde de sticlă și membrane polimerice, ceea ce le face o provocare pentru miniaturizare. Pentru a construi dispozitive adecvate pentru nanodializă, cercetătorii au folosit tehnici dezvoltate pentru fabricarea cipurilor electronice pentru a crea un dispozitiv bazat pe siliciu.

„Pe lângă faptul că ne permite să fim mai mici, tehnologia cu siliciu face dispozitivele mai ieftine”, a spus Vlasov. „Prin timp și efort pentru a dezvolta un proces de fabricație pentru construirea nanodispozitivelor noastre pe siliciu, acum este foarte simplu să le fabricăm la scară industrială la un cost incredibil de scăzut.”

Rashid Bashir, un U. . al I. profesor de bioinginerie și decanul Colegiului de Inginerie Grainger, co-a condus proiectul.

(Fluierul)