Istraživači su uspešno demonstrirali novi biosenzor sposoban da detektuje jednolančane DNK oligonukleotide sa visokom specifičnošću bez potrebe za spoljnim oznakama. Ovaj napredak otvara put pristupačnijoj i efikasnijoj dijagnostici na licu mesta. Studija, objavljena u Inženjeringu, nosi naslov „Razvoj integrisanog rezonantnog biosenzora zasnovanog na CMUTs za detekciju DNK bez oznaka sa poboljšanom selektivnošću etilen-glikol alkanetiola“.
Biosenzor u pitanju je zasnovan na kapacitivnim mikromašinskim ultrazvučnim pretvaračima (CMUT), koji su obećali razvoj minijaturizovanih platformi za biosenzivanje visokih performansi. Međutim, prethodni CMUT-ovi su se suočili sa ograničenjima zbog neefikasne funkcionalizacije, agregacije i zahteva za eksternim napajanjem visokog napona (HV).
Istraživački tim je prevazišao ove izazove integracijom CMOS front-end interfejsa sa etilen-glikol alkanetiolima, koji su korišćeni za funkcionalizaciju površine CMUT-a. Ovaj pristup je značajno poboljšao selektivnost hibridizacije na čipu, što je potvrđeno tehnologijom fluorescentnog snimanja.
Niz senzora je okarakterisan korišćenjem ekvivalentnog modela sa pet elemenata, a 4 mm 2 čip specifičnog integrisanog kola (ASIC) je dizajniran i razvijen kroz 0,18 μm HV Bipolar-CMOS-Double diffused MOS (DMOS) tehnologiju ( BCD). Čip je bio u stanju da generiše na čipu 20V HV pojačanje i prati frekvenciju povratne sprege pod standardnim napajanjem od 1,8 V, sa malom ukupnom potrošnjom energije od 3,8 mV u kontinuiranom režimu.
Rezultati studije su pokazali osetljivost detekcije od 7,943 × 10 −3 μmol∙ L −1 ∙Hz −1 u opsegu koncentracije od 1 do 100 μmol∙L −1. Uspešno nanošenje samosastavljenih monoslojeva na aluminijumske elektrode korišćenjem etilen-glikol alkanetiola je takođe prvo za CMUT tehnologiju, čime se dodatno povećava selektivnost biosenzora.
Ova tehnologija biosensinga bez etiketa radi u suvim uslovima i predstavlja značajan korak napred u oblasti mikrofabrikovanih CMUT nizova za dijagnostiku zdravstvene zaštite. Sa svojim kompaktnim dizajnom i internim HV dobavljačem, ovaj inovativni biosenzor obećava da će detekciju DNK učiniti dostupnijom i praktičnijom nego ikada ranije.
Implikacije ovog istraživanja su ogromne, što ukazuje na potencijal za potpuno integrisano biosenzivanje DNK na čipu sa CMUT tehnologijom. Kako trka ka personalizovanijoj medicini dobija na zamahu, ovakvi napretci su ključni u omogućavanju brze i tačne dijagnoze i praćenja bolesti.
Priroda biosenzora bez etikete takođe smanjuje troškove i složenost povezane sa tradicionalnim tehnikama obeležavanja, što ga čini atraktivnom opcijom za aplikacije na mestu nege.
Autori studije napominju da su potrebna dalja istraživanja kako bi se istražile performanse biosenzora sa širim spektrom biomolekula i u složenijim matricama uzoraka. Međutim, trenutni nalazi pružaju snažnu osnovu za razvoj biosenzora sledeće generacije koji nisu samo visoko osetljivi i specifični, već i jednostavni za upotrebu i isplativi.
U doba kada je rano otkrivanje ključno za poboljšanje ishoda pacijenata, ova tehnologija bi mogla da promeni igru. Uskoro bi mogao da nađe primenu u različitim okruženjima, od lekarskih ordinacija do udaljenih klinika zdravstvene zaštite, gde je pristup sofisticiranoj dijagnostičkoj opremi ograničen.
Uspešna demonstracija ovog mikrofabrikovanog CMUT niza sa frekvencijom od 2 MHz na CMOS elektronici postavlja osnovu za budući napredak u oblasti biosenzora.
