Transistor de plástico amplifica señal bioquímica 10.04.2023

Las moléculas de nuestro cuerpo se comunican constantemente. Algunas de estas moléculas proporcionan una huella bioquímica que puede indicar cómo se está curando una herida, si un tratamiento contra el cáncer está funcionando o no, o si un virus ha invadido el cuerpo. Si pudiéramos sentir estas señales en tiempo real con alta sensibilidad, entonces podríamos reconocer los problemas de salud más rápido y monitorear la progresión de la enfermedad.

Ahora, los investigadores de la Universidad Northwestern han desarrollado una nueva tecnología que facilita escuchar a escondidas las conversaciones internas de nuestro cuerpo.

Aunque las señales químicas del cuerpo son increíblemente débiles, lo que las hace difíciles de detectar y analizar, los científicos han desarrollado un nuevo método que amplifica las señales más de 1000 veces. Los transistores, el componente básico de la electrónica, pueden amplificar señales débiles para proporcionar una salida amplificada. El nuevo enfoque simplifica la detección de señales sin una electrónica compleja y engorrosa.

Al amplificar las señales bioquímicas débiles, el nuevo enfoque lleva a la medicina moderna un paso más hacia el diagnóstico in situ y la monitorización de enfermedades en tiempo real.

Aunque transmiten información vital llena de posibilidades de diagnóstico y tratamiento, muchos sensores químicos proporcionan señales débiles. De hecho, los profesionales médicos a menudo no pueden descifrar estas señales sin tomar una muestra (sangre, sudor, saliva) y pasarla por equipos de laboratorio de alta tecnología. Por lo general, este equipo es costoso e incluso puede ubicarse fuera del sitio. Y puede llevar un tiempo insoportablemente largo obtener resultados. Sin embargo, el equipo de Rivne se esfuerza por sentir y amplificar estas señales ocultas sin salir del cuerpo.

Otros científicos han explorado los sensores electroquímicos para el biosensor utilizando aptámeros, que son hebras simples de ADN diseñadas para unirse a objetivos específicos. Después de unirse con éxito a un objetivo interesante, los aptámeros actúan como un interruptor electrónico, plegándose en una nueva estructura que activa una señal electroquímica. Pero con los aptámeros solos, las señales suelen ser débiles y muy susceptibles al ruido y la distorsión, a menos que se prueben en condiciones ideales y bien controladas.

Para evitar este problema, el equipo de Rivnay equipó un amplificador basado en un sensor tradicional basado en electrodos y desarrolló un sensor basado en transistores electroquímicos de nueva arquitectura que puede detectar y amplificar una señal bioquímica débil. Este nuevo dispositivo usa un electrodo para detectar la señal, pero el transistor adyacente está ahí para amplificar la señal. Los investigadores también incluyeron un electrodo de referencia de película delgada incorporado para hacer que las señales amplificadas sean más estables y confiables.

Para probar la nueva tecnología, el equipo de Rivnay recurrió a una citoquina común, un tipo de proteína de señalización que regula la respuesta inmune y está involucrada en la reparación y regeneración de tejidos. Al medir la concentración de ciertas citocinas cerca de la herida, los expertos pueden evaluar qué tan rápido se está curando la herida, si hay una nueva infección u otras intervenciones médicas.

En una serie de experimentos, Rovnay y su equipo pudieron mejorar la señal de las citocinas en tres o cuatro órdenes de magnitud en comparación con los métodos tradicionales de detección de aptámeros basados ​​en electrodos. Si bien la tecnología ha mostrado buenos resultados en experimentos de señalización de citocinas, debería poder amplificar señales de cualquier molécula o sustancia química, incluidos anticuerpos, hormonas o fármacos, donde el circuito de detección utiliza indicadores electroquímicos.