p Este é um esquema em escala de um sensor eletrônico de nanofios torcidos sondando a região intracelular de uma célula. O dispositivo de dois terminais tem uma estrutura tridimensional e flexível com o elemento chave do transistor em nanoescala integrado sinteticamente na ponta da nanoestrutura de ângulo agudo. Nanossondas 3-D modificadas com bicamadas de fosfolipídios entram em células únicas de maneira minimamente invasiva para permitir o registro robusto do potencial intracelular. Crédito:Cortesia de Charles Lieber, Universidade de Harvard.
p Químicos e engenheiros da Universidade de Harvard transformaram os nanofios em um novo tipo de transistor em forma de V, pequeno o suficiente para ser usado em sondagens sensíveis do interior das células. p O novo dispositivo, descrito esta semana no jornal
Ciência , é menor do que muitos vírus e cerca de um centésimo da largura das sondas agora usadas para fazer medições celulares, que pode ser quase tão grande quanto as próprias células. Sua esbeltez é uma melhoria marcante em relação a essas sondas mais volumosas, que pode danificar as células após a inserção, reduzindo a precisão ou confiabilidade de quaisquer dados obtidos.
p "Nosso uso desses transistores de efeito de campo em nanoescala, ou nanoFETs, representa a primeira abordagem totalmente nova para estudos intracelulares em décadas, bem como a primeira medição do interior de uma célula com um dispositivo semicondutor, "diz o autor sênior Charles M. Lieber, o Mark Hyman, Professor Jr. de Química em Harvard. "Os nanoFETs são a primeira nova ferramenta de medição elétrica para estudos intracelulares desde 1960, durante o qual a eletrônica avançou consideravelmente. "
p Isso mostra a entrega de um sensor de transistor em nanoescala de dois terminais em células individuais. O dispositivo tem uma estrutura tridimensional e flexível com o elemento transistor de efeito de campo em nanoescala chave integrado sinteticamente na ponta da nanoestrutura de ângulo agudo. Nanossondas 3-D modificadas com bicamadas de fosfolipídios entram em células únicas de maneira minimamente invasiva para permitir o registro robusto do potencial intracelular. Crédito:Cortesia de Charles Lieber, Universidade de Harvard.
p Lieber e colegas dizem que os nanoFETs podem ser usados para medir o fluxo de íons ou sinais elétricos nas células, particularmente neurônios. Os dispositivos também podem ser equipados com receptores ou ligantes para sondar a presença de bioquímicos individuais dentro de uma célula.
p As células humanas podem variar em tamanho de cerca de 10 mícrons (milionésimos de metro) para células nervosas a 50 mícrons para células cardíacas. Enquanto as sondas atuais medem até 5 mícrons de diâmetro, nanoFETs são várias ordens de magnitude menores:menos de 50 nanômetros (bilionésimos de um metro) no tamanho total, com a própria sonda de nanofios medindo apenas 15 nanômetros de diâmetro.
p Esta é uma imagem óptica de uma nanossonda de dois terminais de nanofios internalizada por uma única célula. O dispositivo tem uma estrutura tridimensional e flexível com o elemento transistor de efeito de campo em nanoescala chave integrado sinteticamente na ponta da nanoestrutura de ângulo agudo. Nanossondas 3-D modificadas com bicamadas de fosfolipídios entram em células únicas de maneira minimamente invasiva para permitir o registro robusto do potencial intracelular. Crédito:Cortesia de Charles Lieber, Universidade de Harvard
p Além de seu tamanho pequeno, dois recursos permitem a fácil inserção de nanoFETs nas células. Primeiro, Lieber e colegas descobriram que, ao revestir as estruturas com uma bicamada de fosfolipídios - o mesmo material do qual as membranas celulares são feitas - os dispositivos são facilmente puxados para dentro de uma célula por meio da fusão da membrana, um processo relacionado ao usado para engolfar vírus e bactérias.
p "Isso elimina a necessidade de empurrar os nanoFETs para dentro de uma célula, uma vez que eles são essencialmente fundidos com a membrana celular pela própria maquinaria da célula, "Diz Lieber." Isso também significa que a inserção de nanoFETs não é tão traumática para a célula quanto as sondas elétricas atuais. Descobrimos que os nanoFETs podem ser inseridos e removidos de uma célula várias vezes sem qualquer dano perceptível à célula. Podemos até usá-los para medir continuamente à medida que o dispositivo entra e sai da célula. "
p Em segundo lugar, o artigo atual baseia-se no trabalho anterior do grupo de Lieber para introduzir "estereocentros" triangulares - essencialmente, juntas fixas de 120º - em nanofios, estruturas que antes eram rigidamente lineares. Esses estereocentros, análogo aos centros químicos encontrados em muitas moléculas orgânicas complexas, introduzem torções em nanoestruturas 1-D, transformando-os em formas mais complexas.
p Lieber e seus co-autores descobriram que a introdução de dois ângulos de 120º em um nanofio na orientação cis adequada cria um único ângulo de 60º em forma de V, perfeito para um nanoFET de duas pontas com um sensor na ponta do V. Os dois braços podem ser conectados a fios para criar uma corrente através do transistor em nanoescala.
