I ricercatori hanno sviluppato un metodo di stampa a getto d'inchiostro unico per fabbricare minuscoli laser a microdischi polimerici biocompatibili per applicazioni di biorilevamento. L'approccio consente la produzione sia del laser che del sensore a temperatura ambiente, ambiente a cielo aperto, potenzialmente consentendo nuovi usi delle tecnologie di biorilevamento per il monitoraggio della salute e la diagnostica delle malattie.

"La capacità di utilizzare una stampante a getto d'inchiostro commerciale economica e portatile per fabbricare un sensore in un ambiente ambientale potrebbe consentire di produrre biosensori in loco secondo necessità, " ha affermato il leader del gruppo di ricerca Hiroaki Yoshioka dell'Università di Kyushu in Giappone. "Questo potrebbe aiutare a diffondere il biorilevamento anche in paesi e regioni economicamente svantaggiati, dove potrebbe essere utilizzato per semplici test biochimici, compresi quelli per il rilevamento di agenti patogeni."

Nella rivista The Optical Society (OSA) Materiali ottici Express , i ricercatori descrivono la capacità di stampare laser a microdisk piccoli quanto il diametro di un capello umano da un polimero appositamente sviluppato chiamato FC-V-50. Dimostrano inoltre che i microdischi possono essere utilizzati con successo per il biorilevamento con il sistema biotina-avidina ampiamente utilizzato.

"La nostra tecnica può essere utilizzata per stampare su quasi tutti i supporti, " ha detto Yoshioka. "Ciò significa che un giorno potrebbe essere possibile stampare un sensore per il monitoraggio della salute direttamente sulla superficie dell'unghia di una persona, Per esempio."

Eliminare il calore

Molti dei biosensori odierni utilizzano la forte interazione tra le molecole biotina e avidina per rilevare la presenza di proteine ​​che indicano infezione o malattia. Ciò comporta in genere l'etichettatura di una molecola di interesse con la biotina e quindi il rilevamento di quando l'avidina si lega ad essa.

Un modo per misurare il legame biotina-avidina consiste nell'aggiungere una proteina marcata con biotina alla superficie di una microcavità ottica che si comporta come un laser in miniatura. Quando l'avidina si lega alla biotina sulla microcavità, le sue proprietà ottiche cambiano abbastanza da spostare l'emissione di luce in un modo che può essere utilizzato per rilevare il legame.

Però, il processo di modifica necessario per aggiungere biotina alla superficie delle microcavità è noioso e richiede tempo. Richiede inoltre trattamenti termici ad alta temperatura non compatibili con tutti i materiali, come i polimeri.

"Abbiamo sviluppato un laser a cavità ottica a microdischi organici per il biorilevamento utilizzando FC-V-50, " ha detto Yoshioka. "Questo speciale polimero a getto d'inchiostro ha un gruppo funzionale carbossilico compatibile con la biotina, che elimina la necessità di qualsiasi tipo di trattamento termico."

Sensori di stampa

Per produrre laser a microdisk, i ricercatori hanno sviluppato un inchiostro che conteneva FC-V-50 e un colorante laser. Un elemento piezoelettrico incorporato in un ugello a getto d'inchiostro delle dimensioni di un capello consente un singolo, minuscola gocciolina di inchiostro da espellere quando viene applicata una tensione. Una volta asciutto, questa goccia stampata emetterà luce quando viene applicata la luce di eccitazione. Quando la luce viaggia lungo la circonferenza interna del disco, viene amplificata per generare luce laser.

Per trasformare il laser a microdisk in un sensore, i ricercatori hanno stampato un microdisco usando il loro metodo a getto d'inchiostro e poi hanno aggiunto reagenti che hanno permesso alla biotina di immobilizzarsi sulla sua superficie a temperatura ambiente. Hanno quindi usato la luce per eccitare il laser a microdisk al microscopio e hanno misurato lo spettro di emissione del laser di riferimento. Prossimo, hanno versato la soluzione di avidina sulla superficie del microdisk e hanno lavato via tutto ciò che non si legava alla biotina. L'emissione laser è stata misurata nuovamente per vedere come si è discostata dallo spettro di riferimento.

Per testare il metodo, i ricercatori hanno fabbricato biosensori e misurato la loro capacità di rilevare la proteina streptavidina a diverse concentrazioni. Sono stati in grado di rilevare un cambio di modalità massimo di 0,02 nanometri per una concentrazione di 0,1 parti per milione di streptavidina. Ora che hanno dimostrato la capacità di stampare biosensori funzionanti, hanno in programma di valutare e ottimizzare ulteriormente le prestazioni del sensore. Sarebbe inoltre necessario sviluppare dispositivi portatili per misurare l'emissione di luce per i sensori da utilizzare nel punto di cura.