Coupe transversale de l'appareil avec une gouttelette. Le côté gauche montre une gouttelette non chauffée avec la construction d'ADN FRET sous la forme double brin. Le côté droit montre une gouttelette chauffée où la construction FRET s'est dénaturée, ce qui entraîne une augmentation de la fluorescence.
(Phys.org)—Les systèmes de laboratoire sur puce miniaturisés promettent des sensible, et détection multiplexée d'échantillons biologiques pour le diagnostic médical, découverte de médicament, et criblage à haut débit. En utilisant des techniques de micro-fabrication et en incorporant une conception unique de chauffage à base de transistors, des chercheurs de l'Université de l'Illinois à Urbana-Champaign font progresser l'utilisation du transistor au silicium et de l'électronique en chimie et en biologie pour les diagnostics sur le lieu de soins.
Les technologies de laboratoire sur puce sont attrayantes car elles nécessitent moins de réactifs, ont des limites de détection inférieures, permettre des analyses parallèles, et peut avoir une empreinte plus petite.
"L'intégration de diverses fonctions de laboratoire sur des puces électroniques a été intensément étudiée pendant de nombreuses années, " a expliqué Rachid Bashir, un professeur Abel Bliss de génie électrique et informatique et de bio-ingénierie à l'Illinois. « Les progrès ultérieurs de ces technologies nécessitent la capacité d'intégrer des éléments supplémentaires, tels que l'élément chauffant miniaturisé, et la possibilité d'intégrer des éléments chauffants dans un format massivement parallèle compatible avec la technologie silicium.
"Dans ce travail, nous avons démontré que nous pouvons chauffer des gouttelettes de volume nanolitre, individuellement et dans un tableau, en utilisant des dispositifs à base de silicium VLSI, jusqu'à des températures qui rendent intéressant la réalisation de diverses réactions biochimiques au sein de ces gouttelettes."
"Notre méthode positionne les gouttelettes sur un réseau de réchauffeurs micro-ondes en silicium individuels sur puce pour contrôler avec précision la température des gouttelettes dans l'air, nous permettant d'effectuer des réactions biochimiques, y compris la fusion de l'ADN et la détection de mésappariements de bases uniques, " a déclaré Eric Salm, premier auteur de l'article, "Réactions thermiques ultralocalisées dans des gouttelettes subnanolitre dans l'air, " publié dans le Actes de l'Académie nationale des sciences ( PNAS ) le 12 février.
Selon Salm, les approches pour effectuer un chauffage localisé de ces gouttelettes individuelles sous-nanolitre peuvent permettre de nouvelles applications qui nécessitent un parallèle, temps-, et des réactions de multiplexage spatial sur un seul circuit intégré. Au sein de laboratoires sur puces miniaturisés, des gouttelettes statiques et dynamiques de fluides dans différents milieux non miscibles ont été utilisées comme récipients individuels pour effectuer des réactions biochimiques et confiner les produits.
"Cette technologie permet de faire des réactions de lyse cellulaire et d'amplification d'acide nucléique au sein de ces gouttelettes individuelles - les gouttelettes sont les récipients ou les cuvettes de réaction qui peuvent être chauffés individuellement, " ajouta Salm.
"Nous démontrons également que les molécules de sonde ADNsb peuvent être placées sur des éléments chauffants en solution, séché, puis réhydraté par des molécules cibles d'ADNsb en gouttelettes pour l'hybridation et la détection, " dit Bachir, qui est directeur du laboratoire de micro et nanotechnologie de l'Illinois. « Cette plateforme permet de nombreuses applications dans les gouttelettes, notamment l'hybridation de molécules d'ADN à faible nombre de copies, lyse de cellules individuelles, interrogation des interactions ligand-récepteur, et un cycle de température rapide pour l'amplification de molécules d'ADN.
« Notamment, " Béchir a ajouté, « notre chauffage miniaturisé pourrait également fonctionner comme deux éléments chauffants/capteurs, ces structures de nanofil ou de nanoruban de silicium sur isolant ayant été utilisées pour détecter de l'ADN, protéines, pH, et les pyrophosphates.
En utilisant des techniques de microfabrication et en incorporant la conception unique du chauffage à base de transistors avec des volumes de réaction individuels, Les technologies de « laboratoire sur puce » peuvent être réduites à des technologies de « laboratoire sur transistor » en tant qu'hybrides capteur/réchauffeur qui pourraient être utilisés pour les diagnostics sur le lieu de soins. »
