(Phys.org)—I sistemi miniaturizzati di laboratorio su chip promettono rapidità, sensibile, e rilevamento multiplex di campioni biologici per la diagnostica medica, scoperta di nuovi farmaci, e screening ad alto rendimento. Utilizzando tecniche di microfabbricazione e incorporando un design unico di riscaldamento basato su transistor, i ricercatori dell'Università dell'Illinois a Urbana-Champaign stanno ulteriormente avanzando l'uso del transistor al silicio e dell'elettronica nella chimica e nella biologia per la diagnostica point-of-care.

Le tecnologie Lab-on-a-chip sono interessanti in quanto richiedono meno reagenti, hanno limiti di rilevamento inferiori, consentire analisi parallele, e può avere un ingombro ridotto.

"L'integrazione di varie funzioni di laboratorio su microchip è stata intensamente studiata per molti anni, " ha spiegato Rashid Bashir, un Abel Bliss Professor di ingegneria elettrica e informatica e di bioingegneria all'Illinois. "Ulteriori progressi di queste tecnologie richiedono la capacità di integrare elementi aggiuntivi, come l'elemento riscaldante miniaturizzato, e la capacità di integrare elementi riscaldanti in un formato massicciamente parallelo compatibile con la tecnologia al silicio.

"In questo lavoro, abbiamo dimostrato che possiamo riscaldare goccioline di volume di nanolitri, individualmente e in serie, utilizzando dispositivi basati su silicio VLSI, fino a temperature che rendono interessante fare varie reazioni biochimiche all'interno di queste goccioline".

"Il nostro metodo posiziona le goccioline su una serie di singoli riscaldatori a microonde in silicio sul chip per controllare con precisione la temperatura delle goccioline nell'aria, permettendoci di eseguire reazioni biochimiche, compresa la fusione del DNA e il rilevamento di disallineamenti di singole basi, " ha detto Eric Salm, primo autore del saggio, "Reazioni termiche ultralocalizzate in goccioline subnanolitri nell'aria, " pubblicato in Atti dell'Accademia Nazionale delle Scienze ( PNAS ) il 12 febbraio.

Secondo Salmo, approcci per eseguire il riscaldamento localizzato di queste goccioline subnanolitri individuali possono consentire nuove applicazioni che richiedono parallele, tempo-, e reazioni multiplex spaziali su un singolo circuito integrato. All'interno di laboratori miniaturizzati su chip, goccioline statiche e dinamiche di fluidi in diversi mezzi immiscibili sono state utilizzate come singoli vasi per eseguire reazioni biochimiche e confinare i prodotti.

"Questa tecnologia consente di eseguire reazioni di lisi cellulare e di amplificazione dell'acido nucleico all'interno di queste singole goccioline:le goccioline sono i recipienti di reazione o le cuvette che possono essere riscaldate individualmente, " Aggiunse Salmo.

"Dimostriamo anche che le molecole della sonda ssDNA possono essere posizionate su riscaldatori in soluzione, essiccato, e poi reidratato da molecole bersaglio ssDNA in goccioline per l'ibridazione e il rilevamento, "disse Bashir, che è direttore del Micro and Nanotechnology Laboratory dell'Illinois. "Questa piattaforma consente molte applicazioni nelle goccioline, inclusa l'ibridazione di molecole di DNA a basso numero di copie, lisi di singole cellule, interrogazione delle interazioni ligando-recettore, e cicli rapidi di temperatura per l'amplificazione delle molecole di DNA.

"In particolare, "Bashir ha aggiunto, "il nostro riscaldatore miniaturizzato potrebbe funzionare anche come doppio elemento riscaldatore/sensore, poiché queste strutture di nanofili o nanonastri di silicio su isolante sono state utilizzate per rilevare il DNA, proteine, pH, e pirofosfati.

Utilizzando tecniche di microfabbricazione e incorporando il design unico del riscaldamento basato su transistor con volumi di reazione individuali, Le tecnologie "laboratorio-on-a-chip" possono essere ridimensionate a tecnologie "laboratorio-on-a-transistor" come ibridi sensore/riscaldatore che potrebbero essere utilizzati per la diagnostica point-of-care".