Платформа для клеточного сенсора поддерживает бионауку и биотехнологии нового поколения

Исследователи из Технологического института Джорджии разработали новую платформу для клеточного сенсинга, которая расширит использование полупроводниковых технологий в бионауке и биотехнологиях.

Исследование представляет и демонстрирует первый в мире мультимодальный клеточный сенсор, созданный по стандартному низкозатратному КМОП-процессу. Каждый пиксель сенсора может одновременно отслеживать несколько различных физиологических параметров одних и тех же образцов клеток и тканей для получения целостной характеристики их физиологии в реальном времени.

Исследование является частью программы «Полупроводниковая синтетическая биология» (Semiconductor Synthetic Biology, SSB), спонсируемой и управляемой Semiconductor Research Corporation (SRC).

Возможные области применения

• Здравоохранение: более экономичная разработка фармацевтических препаратов, устройства для оказания медицинской помощи по месту требования, недорогие домашние диагностические и тестовые системы.
• Оборона и экологический мониторинг: недорогие развертываемые в полевых условиях сенсоры для обнаружения опасностей.

Преимущества для разработки лекарств

Высокая стоимость новых лекарств во многом обусловлена рисками в процессе разработки: в среднем только одно из каждых десяти тысяч испытанных химических соединений становится одобренным препаратом.

На ранних этапах разработки (при скрининге тысяч химических кандидатов) широко используются культуры клеток и тканей in vitro для идентификации и количественной оценки эффективности и силы действия кандидатов в лекарства путем регистрации физиологических реакций клеток на тестируемые соединения.

Кроме того, существуют вариации реакции от пациента к пациенту даже при приеме одного и того же препарата в одинаковой дозировке. Если клеточные образцы получены от конкретного пациента, можно тестировать специфические для пациента реакции на лекарства, что открывает путь к персонализированной медицине.

Ключевые преимущества КМОП-сенсорных массивов

• Встроенные схемы для обработки сигналов in-situ и слияния данных с различных сенсоров.
• Устранение необходимости во внешнем электронном оборудовании, что позволяет использовать их в обычных биологических лабораториях без специальных электронных или оптических установок.
• Возможность параллельной работы тысяч чипов сенсорных массивов для высокопроизводительного сканирования химических или лекарственных кандидатов и мониторинга их эффективности и токсичности в реальном времени. По сравнению с последовательным сканированием с помощью ограниченного числа флуоресцентных сканеров, этот подход может увеличить пропускную способность более чем в тысячу раз.

Исследовательская группа завершила первый год работы в рамках 3-летнего проекта. Демонстрация сенсорного массива состоялась в конце 2014 года, а его презентация — на конференции IEEE International Solid-State Circuits Conference (ISSCC) в феврале 2015 года. В следующем году команда планирует увеличить плотность пикселей сенсорного массива и помочь в разработке решений по упаковке, совместимых с существующими системами тестирования лекарств.