Crédit :Université de Hong Kong
La surveillance sans étiquette, non invasive et quantitative des activités cellulaires est cruciale pour comprendre divers processus biologiques et la réponse des cellules aux médicaments thérapeutiques.
Cependant, les approches existantes sont souvent entravées par leurs multiples étapes de préparation chronophages, leur appareillage compliqué et leur incompatibilité qui peuvent interférer avec les cellules et provoquer une influence indésirable sur elles.
Une équipe de recherche interdisciplinaire dirigée par le Dr Zhiqin Chu du Département de génie électrique et électronique de l'Université de Hong Kong (HKU) et le Dr Yuan Lin du Département de génie mécanique, HKU, en collaboration avec le Dr Kwai Hei Li de La Southern University of Science and Technology a développé un chipscope GaN à faible coût, hautement miniaturisé et compatible avec les incubateurs, qui permet la surveillance en temps réel des cellules dans l'espace limité et humide d'un incubateur.
Cet appareil pratique fournirait de nouvelles perspectives dans la recherche fondamentale de la biologie cellulaire et de la découverte de médicaments et aiderait au développement d'une nouvelle génération de biocapteurs. L'équipe a déposé une demande de brevet provisoire aux États-Unis.
Par rapport aux molécules de fluorescence conventionnelles et aux techniques de marquage à base de radionucléides, l'analyse sans marquage permet de surveiller les changements de biosignaux en temps réel sans manipulation artificielle d'échantillons individuels. Il permet aux échantillons ciblés de conserver leurs états intrinsèques, minimisant les effets secondaires sur la conformation native et l'activité biologique des ligands, cellules ou tissus ciblés.
À ce jour, la principale technologie de détection sans étiquette sur le marché est constituée de capteurs microélectroniques basés sur la détection d'impédance électrique. Ce capteur électrique contient un ensemble de biocapteurs en or intégrés dans la plaque à puits, permettant à la détection d'impédance en temps réel de suivre et de quantifier la dynamique liée à l'adhésion des cellules vivantes. Cependant, le champ électrique qui y est utilisé pourrait potentiellement interférer avec des échantillons sensibles aux signaux électriques, tels que les nerfs et le myocarde.
Comme alternatives, les approches de détection basées sur le champ d'évanescence optique, y compris le biocapteur à réseau de guide d'ondes résonant (RWG) et la résonance plasmonique de surface (SPR), ont suscité un intérêt intensif ces dernières années en raison de leur nature non invasive et sans étiquette. Bien que ces technologies aient une précision optique supérieure et aient été largement utilisées dans l'étude des interactions des biomolécules et de la détection des activités des cellules vivantes, elles ont une forte demande pour les conditions de test et la configuration globale, ce qui pose de grandes contraintes à leurs larges applications dans divers environnements.
Le chipscope monolithique à base de GaN établi intègre un mini microscope à contraste interférentiel différentiel (DIC) personnalisé qui peut surveiller quantitativement la progression de différents processus intracellulaires sans étiquette. Il permet non seulement une lecture photoélectrique des changements d'indice de réfraction (RI) cellulaire/subcellulaire, mais également l'imagerie en temps réel des caractéristiques ultrastructurales cellulaires/subcellulaires dans l'incubateur.
Le cœur de ce système est une puce photonique GaN miniaturisée qui intègre des sous-unités microscopiques d'émission de lumière et de photodétection à base d'InGaN/GaN (LED-PD). Sa conception empilée unique de réflecteurs de Bragg distribués peut considérablement améliorer l'efficacité de la collecte de lumière.
La puce photonique GaN miniaturisée est capable de détection photoélectrique, permettant la surveillance en temps réel de l'indice de réfraction induite par les comportements collectifs des cellules à la surface de la puce. Pendant ce temps, bénéficiant du système d'imagerie mini-DIC intégré, les utilisateurs peuvent capturer clairement les changements de morphologie cellulaire en temps réel. En couplant l'unité d'imagerie et l'unité de détection RI, la plate-forme peut reconnaître quantitativement les comportements cellulaires in situ, y compris la précipitation cellulaire, l'attachement initial, l'étalement, le rétrécissement, etc. Cet analyseur de cellules pratique et prêt à l'emploi a été appliqué avec succès dans l'industrie pharmaceutique le dépistage de l'activité et les phénotypes des cellules immunitaires transforment la piste.
Cette recherche élargit les applications des puces photoniques GaN dans le domaine de la biodétection. En particulier, la stratégie combinée du capteur à puce et de l'imagerie optique transcende les frontières des processus de surveillance conventionnels "puce photonique" et "microscopie". Le "chipscope" qui en résulte représente une avancée significative et passionnante dans le développement des biocapteurs.
Les travaux de recherche ont été publiés dans Advanced Science . Les gouttelettes lipidiques comme microlentilles intracellulaires endogènes
