Microcipuri capabile de detectarea și diagnosticarea bolilor

Într-un context global dominat de amenințări diverse asupra sănătății, precum virusuri cu răspândire rapidă, boli cronice și bacterii rezistente la tratament, dezvoltarea unor teste de diagnostic rapide, fiabile și accesibile reprezintă o necesitate urgentă. O soluție promițătoare este reprezentată de microcipurile bazate pe tranzistori cu efect de câmp (FET), capabile să detecteze concentrații minuscule de patogeni în aer și să identifice simultan multiple boli.

Tehnologia tranzistorilor cu efect de câmp (FET) în biosenzori

FET-urile sunt componente electronice esențiale în dispozitive moderne precum telefoanele inteligente și calculatoarele. Cercetările conduse de Davood Shahrjerdi, Elisa Riedo și Giuseppe de Peppo de la NYU Tandon au demonstrat utilizarea lor ca biosenzori performanți. Aceștia transformă interacțiunile biologice în semnale electrice măsurabile, eliminând necesitatea etichetării chimice și a procedurilor de laborator complexe.

Recent, progresele tehnologice au permis detectarea unor concentrații extrem de mici de biomarkeri – până la nivel femtomolar (10^-15 mol/L) – prin integrarea unor materiale nanometrice precum grafenul și nanofirele de oxid de indiu. Totuși, personalizarea precisă a senzorilor FET pentru detectarea simultană a mai multor biomarkeri reprezenta o provocare majoră.

Soluția: tehnologia de litografie cu sondă termică (tSPL)

Pentru a depăși aceste limite, cercetătorii au utilizat litografia cu sondă termică (tSPL). Această tehnologie permite funcționalizarea precisă a suprafeței FET-urilor cu bioreceptori diferiți (anticorpi, aptameri) la o rezoluție de 20 de nanometri, echivalentul dimensiunii tranzistorilor din cipurile avansate actuale. Avantajele tSPL includ:

• Multiplexare: detectarea simultană a mai multor patogeni pe un singur cip.
• Sensibilitate înaltă: detectarea concentrațiilor extrem de mici de patogeni, precum 3 attomolari (10^-18 mol/L) pentru proteina spike SARS-CoV-2 și 10 particule virale/ml.
• Specifitate ridicată: diferențiere clară între virusuri asemănătoare, cum ar fi SARS-CoV-2 și virusul gripal A.

Aplicații practice și colaborări

Această tehnologie avansată are potențialul de a transforma diagnosticarea bolilor prin integrarea în:

• Dispozitive portabile: teste rapide de diagnostic pentru uz casnic și spitalicesc.
• Wearables inteligente: monitorizarea continuă a expunerii la patogeni.
• Infrastructura clădirilor: detecția bioamenințărilor în medii urbane, în colaborare cu companii precum LendLease.

Cercetările publicate în revista Nanoscale (DOI: 10.1039/D4NR02535K) au fost susținute de parteneriate cu industria, incluzând Mirimus și LendLease, demonstrând potențialul cooperării dintre mediul academic și cel comercial în dezvoltarea tehnologiilor medicale revoluționare.

Concluzie

Microcipurile bazate pe senzori FET, funcționalizate prin tSPL, reprezintă un pas major către dezvoltarea unor instrumente de diagnostic precise, rapide și accesibile, capabile să detecteze multiple boli simultan. Această tehnologie promite să redefinească practica medicală modernă, facilitând intervenții timpurii și îmbunătățirea controlului epidemiologic la nivel global.