Новый биосенсор обеспечивает повышенную специфичность обнаружения ДНК

Важные новости

Новые предложения биосенсоров повышенная специфичность обнаружения ДНК

CMUT: емкостные микромашинные ультразвуковые преобразователи; СЭМ: самособираемый монослой. Фото: Чжикан Ли и др.

Исследователи успешно продемонстрировали новый биосенсор, способный обнаруживать одноцепочечные олигонуклеотиды ДНК с высокой специфичностью без необходимости использования внешних меток. Это достижение открывает путь к более доступной и эффективной диагностике на месте. Об исследовании сообщает журнал Engineering., называется «Разработка интегрированного резонансного биосенсора на основе CMUT для безметочного обнаружения ДНК с улучшенной селективностью с помощью этиленгликоль-алканетиолов».

Рассматриваемый биосенсор основан на емкостных микромашинных ультразвуковых преобразователях (CMUTs). ), которые показали себя многообещающими для разработки миниатюрных, высокопроизводительных биосенсорных платформ. Однако предыдущие модели CMUT сталкивались с ограничениями из-за неэффективной функциональности, агрегации и необходимости внешнего источника питания высокого напряжения (ВН).

Исследовательская группа преодолела эти проблемы, интегрировав внешний интерфейс CMOS с этиленгликолевыми алкантиолами, которые использовались для функционализации поверхности CMUT. Этот подход значительно улучшил селективность гибридизации на чипе, что подтверждено технологией флуоресцентной визуализации.

Сенсорная матрица была охарактеризована с использованием пятиэлементной сосредоточенной эквивалентной модели, а микросхема специализированной интегральной схемы (ASIC) размером 4 мм2 была спроектирована и разработана с использованием технологии 0,18 мкм HV Bipolar-CMOS-Double diffusiond MOS (DMOS) (BCD). Микросхема могла генерировать на чипе 20 В HV boosting и отслеживать частоту обратной связи при стандартном напряжении питания 1,8 В с низким общим энергопотреблением 3,8 мВт в непрерывном режиме.

Результаты исследования показали чувствительность обнаружения 7,943 × 10-3 мкмоль∙л-1∙Гц-1 в диапазоне концентраций от 1 до 100 мкмоль∙л-1. Успешное осаждение самоорганизующихся монослоев на алюминиевые электроды с использованием этиленгликолевых алкантиолов также является первым в технологии CMUT, что еще больше повышает селективность биосенсора.

Эта технология биосенсора без меток работает в сухих условиях и представляет собой значительный шаг вперед в области микрофабрикатов CMUT для диагностики здравоохранения. Благодаря компактному дизайну и внутреннему источнику высокого напряжения этот инновационный биосенсор обещает сделать обнаружение ДНК более доступным и удобным, чем когда-либо прежде.

Значение этого исследования огромно, что предполагает потенциал для полностью интегрированного биосенсора ДНК на кристалле с технологией CMUT. Поскольку гонка за более персонализированной медициной набирает обороты, подобные достижения имеют решающее значение для обеспечения быстрой и точной диагностики и мониторинга заболеваний.

Безмаркировка биосенсора также снижает стоимость и сложность, связанные с традиционной маркировкой. методы, что делает его привлекательным вариантом для применения в местах оказания медицинской помощи.

Авторы исследования отмечают, что необходимы дальнейшие исследования для изучения эффективности биосенсора с более широким спектром биомолекул и в более сложных матрицах образцов. Однако текущие результаты обеспечивают прочную основу для разработки биосенсоров следующего поколения, которые не только высокочувствительны и специфичны, но также удобны в использовании и экономически эффективны.

В эпоху, когда раннее обнаружение является ключевым фактором. для улучшения результатов лечения пациентов, эта технология может изменить правила игры. Вскоре он может найти применение в самых разных условиях: от кабинетов врачей до удаленных медицинских клиник, где доступ к сложному диагностическому оборудованию ограничен.

Успешная демонстрация этой микрофабрики CMUT с частотой 2 МГц на КМОП-электроника закладывает основу для будущих достижений в области биосенсоров.

Дополнительная информация: Чжикан Ли и др., Разработка интегрированного резонанса на основе CMUT Биосенсор для безметочного обнаружения ДНК с повышенной селективностью с помощью этиленгликоль-алканетиолов, Инжиниринг (2024). DOI: 10.1016/j.eng.2023.12.015

Предоставлено инженерным отделом

Новости сегодня

Последние новости