p Os pesquisadores do OIST criam um novo sensor capaz de medir a carga e a massa de biomoléculas com aplicações potenciais em diagnósticos de saúde. p As plataformas microfluídicas revolucionaram o diagnóstico médico nos últimos anos. Em vez de enviar amostras de sangue ou urina para um laboratório para análise, os médicos podem testar uma única gota de sangue ou urina de um paciente para várias doenças no local de atendimento, sem a necessidade de instrumentos caros. Antes que a amostra possa ser testada, no entanto, os médicos precisam inserir biomoléculas de detecção de doenças específicas na plataforma microfluídica. Enquanto faz isso, deve-se garantir que essas biomoléculas estejam bem ligadas ao interior do dispositivo para protegê-las de serem lavadas pela amostra que chega. Como essa etapa preparatória pode ser demorada, seria vantajoso se as plataformas microfluídicas pudessem vir pré-preparadas com biomoléculas específicas seladas em seu interior. Contudo, este processo de selagem requer a exposição dos componentes do dispositivo a alta energia ou gás 'ionizado' e se as biomoléculas podem sobreviver a este processo severo é desconhecido.

p Para responder a esta pergunta, pesquisadores do Instituto de Ciência e Tecnologia da Universidade de Pós-Graduação (OIST) de Okinawa criaram um novo sensor que detecta biomoléculas com mais precisão do que nunca. Este sensor foi usado para demonstrar que as biomoléculas podem ser seladas com sucesso em dispositivos microfluídicos. Os resultados têm implicações profundas para diagnósticos de saúde e abrem oportunidades para a produção de dispositivos de teste de urina ou sangue de plataforma microfluídica pré-embalados.

p Tradicionalmente, sensores semicondutores de óxido de metal (MOS) são usados ​​para detectar a ligação de biomoléculas a uma superfície medindo as mudanças na carga. Composto por uma camada semicondutora de silício, uma camada isolante de vidro e uma camada de metal dourado, esses sensores são incorporados em um circuito elétrico com a biomolécula posicionada em um poço de plástico cheio de eletrólito na parte superior do sensor. Se você aplicar uma tensão e medir a corrente, você pode calcular a carga a partir da leitura da capacitância fornecida. Biomoléculas com diferentes cargas fornecerão diferentes leituras de capacitância, permitindo que você quantifique a presença de biomoléculas.

p O novo sensor criado por pesquisadores da Unidade Micro / Bio / Nanofluídica do OIST, mede a carga usando a mesma técnica dos sensores convencionais, mas tem a função adicional de medir a massa. Em vez de ter uma camada de metal de ouro maciço, o chamado sensor de semicondutor nano-isolante de metal (nMIS) tem uma camada de pequenas ilhas de metal dourado. Se você iluminar essas nanoestruturas, os elétrons da superfície começam a oscilar em uma frequência específica. Quando biomoléculas são adicionadas a essas nanoislândias, a frequência dessas oscilações muda proporcionalmente à massa da biomolécula. Com base nesta mudança, você pode usar esta técnica para medir a massa da biomolécula, e confirmar se ele sobrevive à exposição ao gás ionizado durante o encapsulamento dentro da plataforma microfluídica.

p "Fizemos um sensor simples que pode responder a questões muito complexas de química de superfície, "diz o Dr. Nikhil Bhalla, que trabalhou na criação do sensor nMIS.

p Medir duas propriedades fundamentais das reações químicas de superfície no mesmo dispositivo significa que os pesquisadores podem estar muito mais confiantes de que as biomoléculas foram encapsuladas com sucesso dentro da plataforma microfluídica. Uma medição de carga ou massa por si só pode ser enganosa, fazendo com que pareça que as biomoléculas se ligaram a uma superfície, quando na verdade não o fizeram. Having more than one technique in the same device means that you can switch from one mode to the other to see if you have the same result.

p "Scientists have to validate one reaction with multiple techniques to confirm that an observation is authentic. If you've got a sensor that enables the detection of two parameters on a single platform, then it is really beneficial for the sensing community, " says Dr. Bhalla.

p "By combining these two simple measurement techniques into one compact platform, it opens doors to create portable and reliable sensing technologies in the future", adds PhD student Shivani Sathish.

p In a proof-of-concept experiment, by combining information about both the mass and charge of the biomolecule, the scientists were able to show that a common biomolecule survives exposure to ionized gas at a specific energy level. A single reading of charge alone gives a misleading result, but looking at the complementary parameters together allows for more accurate biomolecule detection.

p This novel nMIS sensor could be used to create microfluidic platforms that test for various diseases. By measuring charge and mass using the nMIS sensor, researchers can ensure that disease-detecting biomolecules are successfully sealed and functional inside the testing device.

p "It would be like a pre-packaged pregnancy test, " says Professor Amy Shen, head of OIST's Micro/Bio/Nanofluidics Unit. "If there is already something adsorbed then all you have to do is introduce whatever sample you are using, such as urine or blood."

p It might also be possible to combine several biomarkers in the same device to test for different diseases at the same time. By integrating this dual sensing technology with the ready-to-use devices, it offers great promise in the field of healthcare diagnostics owing to its advantages of portability and point-of-care testing.