Микрочипы для мгновенной диагностики болезней по одному выдоху

Новое исследование демонстрирует возможность создания микрочипов, способных идентифицировать несколько заболеваний по одному образцу воздуха (например, кашлю) и производимых в промышленных масштабах.

Технологическая основа: полевые транзисторы (FET)

  • Ученые из NYU Tandon используют полевые транзисторы (FET) — миниатюрные электронные датчики, которые напрямую обнаруживают биологические маркеры и преобразуют их в цифровые сигналы.
  • Этот подход предлагает альтернативу традиционным цветовым химическим тестам (как тест на беременность) и обеспечивает более быстрые результаты, одновременное тестирование на несколько болезней и мгновенную передачу данных врачам.

Ключевая инновация: наноразмерная точность

Главной проблемой для таких сенсоров была невозможность одновременно обнаруживать несколько патогенов на одном чипе. Исследователи решили ее с помощью термальной сканирующей зондовой литографии (tSPL).

  • Эта технология позволяет с высочайшей точностью (до 20 нанометров) химически модифицировать поверхность чипа, покрытого полимером.
  • Каждый отдельный полевой транзистор на чипе можно функционализировать разными биорецепторами (например, антителами или аптамерами) для обнаружения разных мишеней.

Результаты тестирования

Сенсоры, созданные с помощью tSPL, показали выдающуюся чувствительность и специфичность:

  • Обнаружение 3 аттомолярных (aM) концентраций S-белка вируса SARS-CoV-2.
  • Обнаружение всего 10 живых вирусных частиц на миллилитр.
  • Эффективное различение разных типов вирусов, включая грипп A.

Практическое применение и сотрудничество

Исследование, опубликованное в журнале Nanoscale, поддерживается компаниями Mirimus и LendLease, которые работают с командой NYU Tandon над разработкой:

  • Носимых устройств для обнаружения болезней (Mirimus).
  • Домашних диагностических устройств и систем биозащиты для зданий будущего (LendLease).

Перспективы

Универсальный и масштабируемый метод функционализации поверхностей FET с наноразмерной точностью открывает путь к созданию сложных диагностических инструментов. Они смогут в реальном времени обнаруживать множество заболеваний с такой скоростью и точностью, которая способна изменить современную медицину.