Los ingenieros del MIT han ideado una nueva técnica para atrapar moléculas difíciles de detectar, utilizando bosques de nanotubos de carbono.
El equipo modificó un canal microfluídico simple con una serie de nanotubos de carbono alineados verticalmente - celosías enrolladas de átomos de carbono que se asemejan a pequeños tubos de alambre de pollo. Los investigadores habían ideado previamente un método para colocar nanotubos de carbono en sus extremos, como árboles enun bosque. Con este método, crearon una matriz tridimensional de nanotubos de carbono permeables dentro de un dispositivo microfluídico, a través del cual puede fluir el fluido.
Ahora, en un estudio publicado en el Revista de Microingeniería y Nanotecnología , los investigadores le han dado a la matriz de nanotubos la capacidad de atrapar ciertas partículas. Para hacer esto, el equipo cubrió la matriz, capa por capa, con polímeros de carga eléctrica alterna.
"Se puede pensar que cada nanotubo en el bosque está recubierto concéntricamente con diferentes capas de polímero", dice Brian Wardle, profesor de aeronáutica y astronáutica en el MIT. "Si lo dibujara en sección transversal, sería como anillosen un árbol."
Dependiendo del número de capas depositadas, los investigadores pueden crear nanotubos más gruesos o más delgados y, por lo tanto, adaptar la porosidad del bosque para capturar partículas de interés más grandes o más pequeñas.
El recubrimiento de polímero de los nanotubos también se puede manipular químicamente para unir biopartículas específicas que fluyen a través del bosque. Para probar esta idea, los investigadores aplicaron una técnica establecida para tratar la superficie de los nanotubos con anticuerpos que se unen al antígeno prostático específico PSA, un objetivo experimental común. Las matrices recubiertas de polímero capturaron un 40 por ciento más de antígenos, en comparación con las matrices que carecen del recubrimiento de polímero.
Wardle dice que la combinación de nanotubos de carbono y recubrimientos multicapa puede ayudar a ajustar con precisión los dispositivos microfluídicos para capturar partículas extremadamente pequeñas y raras, como ciertos virus y proteínas.
"Hay biopartículas más pequeñas que contienen cantidades muy ricas de información a las que actualmente no tenemos acceso en dispositivos de punto de atención [pruebas médicas] como chips microfluídicos", dice Wardle, coautoren el documento: "Las matrices de nanotubos de carbono en realidad podrían ser una plataforma que podría apuntar a ese tamaño de biopartículas".
La autora principal del artículo es Allison Yost, una ex estudiante de posgrado que actualmente es ingeniera en Accion Systems. Otros en el trabajo incluyen a la estudiante de posgrado Setareh Shahsavari; postdoc Roberta Polak; Profesor de Innovación Docente de la Escuela de Ingeniería Gareth McKinley; profesor de materialesciencia e ingeniería Michael Rubner y Raymond A. y Helen E. St. Laurent Profesor de Ingeniería Química Robert Cohen.
un bosque poroso
Los nanotubos de carbono han sido objeto de un intenso estudio científico, ya que poseen propiedades eléctricas, mecánicas y ópticas excepcionales. Si bien su uso en microfluídica no ha sido bien explorado, Wardle dice que los nanotubos de carbono son una plataforma ideal porque sus propiedades pueden ser manipuladaspara atraer ciertas moléculas de tamaño nanométrico. Además, los nanotubos de carbono son 99 por ciento porosos, lo que significa que un nanotubo es aproximadamente 1 por ciento de carbono y 99 por ciento de aire.
"Que es lo que necesitas", dice Wardle. "Necesitas hacer fluir cantidades de fluido a través de este material para eliminar todos los millones de partículas que no quieres encontrar y agarrar la que sí quieres encontrar".
Además, dice Wardle, un bosque tridimensional de nanotubos de carbono proporcionaría mucha más superficie en la que las moléculas objetivo pueden interactuar, en comparación con las superficies bidimensionales en los microfluídicos convencionales.
"La eficiencia de captura se escalará con el área de superficie", señala Wardle.
una matriz versátil
El equipo integró una matriz tridimensional de nanotubos de carbono en un dispositivo microfluídico mediante el uso de deposición química de vapor y fotolitografía para crecer y modelar nanotubos de carbono en obleas de silicio. Luego agruparon los nanotubos en un bosque en forma de cilindro, midiendo aproximadamente 50 micrómetrosalto y 1 milímetro de ancho, y centró la matriz dentro de un canal microfluídico de 3 milímetros de ancho y 7 milímetros de largo.
Los investigadores recubrieron los nanotubos en capas sucesivas de soluciones de polímeros con carga alternativa para crear capas de unión distintas alrededor de cada nanotubo. Para hacerlo, hicieron fluir cada solución a través del canal y descubrieron que podían crear un recubrimiento más uniforme conuna brecha entre la parte superior del bosque de nanotubos y el techo del canal. Dicha brecha permitió que las soluciones fluyeran hacia el bosque, cubriendo cada nanotubo individual. En ausencia de una brecha, las soluciones simplemente fluyeron alrededor del bosque,recubriendo solo los nanotubos externos.
Después de recubrir la matriz de nanotubos en capas de solución de polímero, los investigadores demostraron que la matriz podría prepararse para detectar una molécula dada, al tratarla con anticuerpos que generalmente se unen al antígeno prostático específico PSA. Se bombearon en una solución que conteníapequeñas cantidades de PSA y descubrieron que la matriz capturó el antígeno de manera efectiva, en todo el bosque, en lugar de solo en la superficie externa de un elemento microfluídico típico.
Wardle dice que la matriz de nanotubos es extremadamente versátil, ya que los nanotubos de carbono pueden manipularse mecánica, eléctrica y ópticamente, mientras que los recubrimientos de polímeros pueden modificarse químicamente para capturar una amplia gama de partículas. Él dice que un objetivo inmediato puede ser biomarcadoresllamados exosomas, que tienen menos de 100 nanómetros de ancho y pueden ser señales importantes de la progresión de una enfermedad.
"La ciencia realmente está captando cuánta información contienen estas partículas, y están en todas partes, pero son realmente difíciles de encontrar, incluso con equipos a gran escala", dice Wardle. "Este tipo de dispositivo realmente tiene todo elcaracterísticas y funcionalidad que le permitirían buscar biopartículas como exosomas y cosas que realmente son escala nanométrica "
Fuente de la historia :
Materiales proporcionado por Instituto de Tecnología de Massachusetts . Original escrito por Jennifer Chu. Nota: El contenido puede ser editado por estilo y longitud.
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