Os cientistas criaram uma nova maneira de monitorar as sutis interações medicamentosas entre bactérias e antibióticos. Usando uma impressora jato de tinta comum de escritório, pesquisadores da NTU Cingapura e da China desenvolveram um laser vivo descartável no chip, encapsulando bactérias vivas em seu interior. As fortes emissões de laser geradas a partir de bactérias dentro da gotícula serão dramaticamente aumentadas durante as interações medicamentosas. Essa descoberta pode permitir testes mais sensíveis e de alto rendimento usando a tecnologia de micro-nano laser em um futuro próximo.

Os antibióticos transformaram o campo da medicina ao possibilitar o tratamento de muitas doenças microbianas na atualidade. O monitoramento das interações entre bactérias e antibióticos (drogas patogênicas) é, portanto, uma etapa crítica para uma avaliação posterior da eficácia das drogas. Diferentes tipos de tecnologias foram desenvolvidos na última década em busca de uma ferramenta altamente sensível para monitorar as interações droga-bactéria. Devido a muitas limitações, as técnicas convencionais geralmente levam mais tempo para ver um resultado óbvio das interações medicamentosas. Portanto, é muito desafiador identificar pequenas interações dinâmicas.

Avanços recentes em microlasers demonstraram suas poderosas capacidades em termos de amplificação de sinal, intensidade forte, e alta sensibilidade para detecção biomédica. Em busca de uma ferramenta de detecção mais simples e sensível, Um novo estudo liderado pelo professor Yu-Cheng Chen da Universidade Tecnológica de Nanyang (NTU Cingapura) desenvolveu agora um lavável, laser vivo descartável que pode monitorar minúsculas interações dinâmicas entre bactérias e drogas em um chip. Os minúsculos lasers servem como um sensor livre de cultura altamente sensível, onde bactérias vivas foram encapsuladas nas micro-gotas de água. Empolgado com suas descobertas publicadas em Química Analítica , Prof. Yu-Cheng Chen, um professor assistente na Universidade Tecnológica de Nanyang, NTU Singapore diz, "É incrível que esses minúsculos lasers vivos biológicos possam ser impressos diretamente em uma impressora a jato de tinta de escritório. Com as vantagens da impressão a jato de tinta, os lasers vivos podem ser fabricados em uma dimensão de massa em segundos. O legal é, você pode lavar as lasers e imprimir novamente após a detecção. "

A preparação desses sensores ocorreu em três etapas. Primeiro, os pesquisadores rotularam a bactéria (Escherichia coli) com corantes de ácido nucléico, que poderia reconhecer o DNA e RNA nas células. Em seguida, as células, juntamente com seu meio celular, foram injetadas na impressora de escritório, onde antibióticos podem ser adicionados diretamente nas pontas da pipeta (ou cabeça de impressão). Micro-gotículas de hemisfério foram então impressas em matriz em chips de espelho. Finalmente, a matriz de laser viva foi digitalizada com um feixe de laser para gerar imagens de emissão de laser a partir de modos de galeria de sussurros.

Como a droga interage com as bactérias, a membrana celular seria destruída e, por sua vez, mais DNA fluorescente (molécula de ganho) será liberado na gota ao longo do tempo e contribuirá para os WGMs, resultando em emissão de laser mais forte. Como o sinal do laser é muito sensível às mudanças das moléculas do corante na interface da gota, Portanto, Um pequeno aumento das moléculas de DNA liberadas pode ser capturado e resultar em uma mudança significativa na distribuição de ganho e nas emissões de laser. Os resultados demonstraram que a análise de imagem de emissão de laser é muito mais sensível do que a análise de imagem de fluorescência em duas ordens de magnitude, onde as imagens de fluorescência ficam saturadas após um curto período de tempo. O professor Chen Yu-Cheng diz:"Nossas descobertas mostram que a amplificação que ocorre durante a geração do laser nos permitiu quantificar pequenas mudanças nos processos biológicos no meio de ganho."

Em colaboração com o Instituto de Microssistemas e Tecnologia da Informação de Xangai na China, o novo design de biossensor a laser vivo da equipe não apenas elimina a necessidade de cultura de células demorada e trabalhosa, mas também simplifica a configuração do sensor sem a necessidade de qualquer fabricação complexa. Mais importante, um novo conceito de bioanálise com base em imagens de emissão de laser foi proposto para quantificar os processos bioquímicos e biológicos subjacentes in vitro ou in vivo, pavimentando o caminho para análises de organismos vivos a laser on-chip de alto rendimento.

Em relação às importantes aplicações futuras de seu trabalho, Professor Associado Shilun Feng, quem é o co-autor explica, "Este é um trabalho fantástico que combina a fabricação microfluídica com lasers vivos em um chip. A mesma abordagem poderia ser aplicada a uma ampla gama de espécies vivas, incluindo células vivas, bactérias, vírus, e interações de proteínas. Essa tecnologia pode permitir o diagnóstico e tratamento oportunos com alta sensibilidade. Com a rápida necessidade de rastreamento de drogas contra vírus, essa tecnologia poderia até permitir que vírus ou bactérias se cultivassem dentro das microgotículas e monitorassem as interações dinâmicas com os medicamentos. " De fato, embora ainda haja um longo caminho a percorrer para lutar por muitas doenças no futuro, seu dispositivo representa um marco para implementar o laser biológico vivo para a análise de alto rendimento de organismos vivos.