Un novedoso chipscopio fotónico para el monitoreo sin etiquetas de las actividades de las células vivas

Un novedoso chipscopio fotónico para el monitoreo sin etiquetas de las actividades de las células vivas


16 de junio de 2022

(Noticias de Nanowerk) La monitorización cuantitativa, no invasiva y sin etiquetas de las actividades celulares es crucial para comprender varios procesos biológicos y la respuesta de las células a los fármacos terapéuticos.

Sin embargo, los enfoques existentes a menudo se ven obstaculizados por múltiples pasos de preparación que consumen mucho tiempo, equipos complicados e incompatibilidad que pueden interrumpir y afectar de manera indeseable a las células.

Un equipo de investigación interdisciplinario dirigido por el Dr. Zhiqin Chu del Departamento de Ingeniería Eléctrica y Electrónica de la Universidad de Hong Kong (HKU) y el Dr. Yuan Lin del Departamento de Ingeniería Mecánica, HKU, en colaboración con el Dr. Kwai Hei Li, de la Universidad de Ciencia y Tecnología del Sur, ha desarrollado un chipscopio GaN de bajo costo, altamente miniaturizado y compatible con incubadoras que permite el monitoreo en tiempo real de las células en el espacio confinado y húmedo de una incubadora (ciencia avanzada«Un chipscopio fotónico de GaN monolítico, versátil y compatible con incubadoras para el control sin etiquetas de la actividad de las células vivas»). Chipscopio fotónico para el control sin etiquetas de la actividad de células vivas

Este práctico dispositivo proporcionaría nuevos conocimientos sobre la investigación básica en biología celular y descubrimiento de fármacos, y ayudaría a desarrollar una nueva generación de biosensores. El equipo ha solicitado una patente estadounidense provisional.

En comparación con las moléculas fluorescentes tradicionales y las técnicas de etiquetado basadas en radionúclidos, el análisis sin etiquetas permite el seguimiento en tiempo real de los cambios de bioseñales sin la manipulación artificial de muestras individuales. Permite que las muestras diana mantengan sus estados intrínsecos, minimizando los efectos secundarios sobre la conformación nativa y la actividad biológica de los ligandos, células o tejidos diana.

Hasta la fecha, los sensores microelectrónicos basados ​​en la medición de la impedancia eléctrica son la tecnología de sensores sin marcas líder en el mercado. Este sensor eléctrico contiene una serie de biosensores de oro integrados en la placa de pocillos, lo que permite la detección de impedancia en tiempo real para rastrear y cuantificar la dinámica relacionada con la adhesión de células vivas. Sin embargo, el campo eléctrico utilizado allí podría alterar potencialmente las muestras que son sensibles a las señales eléctricas, como los nervios y el miocardio.

Como alternativas, los enfoques de detección basados ​​en campos ópticos evanescentes, incluidos los biosensores de rejilla de guía de ondas resonantes (RWG) y la resonancia de plasmones superficiales (SPR), han atraído un gran interés en los últimos años debido a su naturaleza no invasiva y sin etiquetas. Aunque estas tecnologías tienen una precisión óptica superior y se usan ampliamente en el estudio de las interacciones de biomoléculas y la detección de actividades de células vivas, tienen altos requisitos en las condiciones de prueba y el diseño general, lo que limita severamente sus amplias aplicaciones en diversos entornos.

El chipscopio monolítico basado en GaN bien establecido integra un mini microscopio de contraste de interferencia diferencial (DIC) personalizado que puede monitorear cuantitativamente el progreso de varios procesos intracelulares sin etiquetas. Permite no solo la lectura fotoeléctrica de los cambios del índice de refracción (RI) celular/subcelular, sino también la obtención de imágenes en tiempo real de las características ultraestructurales celulares/subcelulares en la incubadora.

El corazón de este sistema es un chip de GaN fotónico miniaturizado que integra subunidades de emisión de luz y fotodetección (LED-PD) basadas en InGaN/GaN a microescala. Su exclusivo diseño apilado de reflectores Bragg distribuidos puede mejorar drásticamente la eficiencia de captación de luz.

El chip GaN fotónico miniaturizado es capaz de detección fotoeléctrica y permite el monitoreo en tiempo real del índice de refracción inducido por el comportamiento celular colectivo en la superficie del chip. El sistema integrado de imágenes mini-DIC permite a los usuarios captar claramente los cambios en tiempo real en la morfología celular. Al acoplar la unidad de imágenes y la unidad sensora RI, la plataforma puede detectar cuantitativamente el comportamiento celular in situ, incluida la precipitación celular, la unión inicial, la expansión, la contracción, etc. Este analizador celular conveniente y listo para usar se ha utilizado con éxito en la industria farmacéutica detección de actividad y carriles de transformación de fenotipo de células inmunitarias.

Esta investigación amplía las aplicaciones de los chips fotónicos de GaN en el campo de la biodetección. En particular, la estrategia combinada de sensores de chip e imágenes ópticas excede los límites de los métodos de monitoreo convencionales de «chip fotónico» y «microscopía». El «chipscopio» resultante representa un avance significativo y emocionante en el desarrollo de biosensores.



Related post

Directores de omnicanalidad: cada vez más importantes para las empresas

Directores de omnicanalidad: cada vez más importantes para las…

Hace algunas semanas llamó la atención un post en Linkedin en que una de las empresas más reconocidas en el mundo…
Acelere el análisis para todos – Blog de Cloudera

Acelere el análisis para todos – Blog de Cloudera

 ¿Qué pasaría si pudiera acceder rápidamente a todos sus datos y ejecutar todos sus análisis en un flujo de trabajo…
Materiales 2D para la computación de última generación

Materiales 2D para la computación de última generación

En un comentario compacto publicado en Nature Communications, los investigadores de Graphene Flagship y 2D-EPL describen los campos de aplicación más…

Leave a Reply

Tu dirección de correo electrónico no será publicada.