(Phys.org) —Un professore di ricerca del NJIT noto per il suo lavoro all'avanguardia con i nanotubi di carbonio sta supervisionando la produzione di un prototipo lab-on-a-chip che un giorno consentirebbe a un medico di rilevare malattie o virus da una sola goccia di liquido, compreso il sangue. "Nano-biosonde scalabili con risoluzione subcellulare per il rilevamento delle cellule, " Biosensori e Bioelettronica , che pubblicherà il 15 luglio, 2013, ma è ora disponibile online, descrive come i professori di ricerca NJIT Reginald Farrow e Alokik Kanwal, il suo ex borsista post-dottorato, e il loro team hanno creato un dispositivo basato su nanotubi di carbonio per rilevare in modo non invasivo e rapidamente singole cellule mobili con il potenziale per mantenere un alto grado di risoluzione spaziale.

"Utilizzando i sensori, abbiamo creato un dispositivo che consentirà al personale medico di mettere una piccola goccia di liquido sull'area attiva del dispositivo e misurare le proprietà elettriche delle cellule, " disse Farrow, il destinatario della più alta onorificenza di ricerca del NJIT, il premio e la medaglia del Consiglio di sorveglianza del NJIT per l'eccellenza nella ricerca. "Anche se non siamo gli unici a fare questo tipo di lavoro, quello che pensiamo sia unico è come misuriamo le proprietà elettriche o i modelli delle cellule e come queste proprietà differiscono tra i tipi di cellule".
Nell'articolo, i ricercatori del NJIT hanno valutato tre diversi tipi di cellule utilizzando tre diverse sonde elettriche. "Era uno studio esplorativo e non vogliamo dire che abbiamo una firma, " Farrow ha aggiunto. "Quello che diciamo qui è che queste cellule differiscono in base alle proprietà elettriche. Stabilire una firma, però, ci vorrà tempo, anche se sappiamo che la distribuzione delle cariche elettriche in una cellula sana cambia notevolmente quando si ammala".

Questa ricerca è stata originariamente finanziata dai militari come mezzo per identificare gli agenti di guerra biologica. Però, Farrow ritiene che l'utilizzo possa andare molto oltre e potenzialmente rilevare virus, batteri, persino il cancro. La ricerca potrebbe un giorno anche valutare la salute delle cellule buone, come i neuroni cerebrali. Dal 2010, tre brevetti statunitensi, "Metodo per formare transistor ad effetto di campo verticale a nanotubi, " #7, 736, 979 (2010); "Dispositivo a nanotubi e metodo di fabbricazione" #7, 964, 143 (2011); "Dispositivo a nanotubi e metodo di fabbricazione" #8, 257, 566 (2012) sono stati assegnati per questo dispositivo. Inoltre, sono stati depositati più brevetti.

Il dispositivo (mostrato nella foto) utilizza tecnologie standard di semiconduttori a ossido di metallo complementare (CMOS) per la fabbricazione, permettendogli di essere facilmente scalabile (fino a pochi nanometri). I nanotubi vengono depositati mediante elettroforesi dopo la fabbricazione per mantenere la compatibilità CMOS.

I dispositivi sono distanziati di sei micron che è la stessa dimensione o inferiore a una singola cella. Per dimostrare la sua capacità di rilevare le cellule, i ricercatori hanno eseguito la spettroscopia di impedenza su cellule renali embrionali umane mobili (HEK), neuroni dei topi, e cellule di lievito. Le misurazioni sono state eseguite con e senza cellule e con e senza nanotubi. I nanotubi si sono rivelati fondamentali per rilevare con successo la presenza di cellule.

I nanotubi di carbonio sono molto resistenti, strutture elettricamente conduttive di un solo nanometro di diametro. Questo è un miliardesimo di metro, o circa dieci atomi di idrogeno di fila. L'innovazione di Farrow è un metodo controllato per unire saldamente uno di questi submicroscopici, cavi elettrici cristallini in una posizione specifica su un substrato. Il suo metodo introduce anche l'opzione di unire simultaneamente una serie di milioni di nanotubi e produrre in modo efficiente molti dispositivi contemporaneamente.

Essere in grado di posizionare singoli nanotubi di carbonio che hanno proprietà specifiche apre le porte a ulteriori progressi significativi. Altre possibilità includono un pancreas artificiale, circuiti elettronici tridimensionali e celle a combustibile su scala nanometrica con densità di energia senza precedenti.