Las llamadas telefónicas y los mensajes de texto le llegan donde quiera que esté porque su teléfono tiene un número de identificación único que lo distingue de todos los demás en la red. Los investigadores del Instituto de Tecnología de Georgia están utilizando un principio similar para rastrear las células que se clasifican en microfluídicapapas fritas.
La técnica utiliza un patrón de circuito simple con solo tres electrodos para asignar un número de identificación digital único de siete bits a cada celda que pasa a través de los canales en el chip microfluídico. La nueva técnica también captura información sobre los tamaños de las celdas y cómose mueven rápidamente. Esa identificación e información podrían permitir el conteo y el análisis automatizados de las células que se están clasificando.
La investigación, reportada en la revista Laboratorio en un chip , podría proporcionar la inteligencia electrónica que algún día permitiría que laboratorios de bajo costo en un chip realicen pruebas médicas sofisticadas fuera de los confines de hospitales y clínicas. La tecnología puede rastrear células con una precisión superior al 90 por ciento en un chip de cuatro canales.
"Estamos digitalizando información sobre la clasificación realizada en un chip microfluídico", explicó Fatih Sarioglu, profesor asistente en la Escuela de Ingeniería Eléctrica e Informática de Georgia Tech. "Al combinar los principios de microfluídica, electrónica y telecomunicaciones, creemos que esto ayudará a abordarun desafío significativo en el lado de salida de la tecnología lab-on-a-chip ".
Los chips de microfluidos usan las propiedades biofísicas o bioquímicas únicas de las células y los virus para separarlos. Por ejemplo, los antígenos pueden usarse para seleccionar bacterias o células cancerosas y enrutarlas en canales separados. Pero para obtener información sobre los resultados de la clasificación,esas células ahora deben contarse utilizando métodos ópticos.
La nueva técnica, denominada CÓDIGOS microfluídicos, agrega una red de circuitos eléctricos a escala de micras debajo del chip microfluídico. La corriente que fluye a través de los circuitos crea un campo eléctrico en los canales microfluídicos por encima de la red. Cuando una célula pasa a través de uno de los microfluídicoscanales, crea un cambio de impedancia en el circuito que señala el paso de la celda y proporciona información sobre la ubicación, el tamaño y la velocidad de la celda a través del canal.
Este cambio de impedancia se ha utilizado durante muchos años para detectar la presencia de células en un fluido, y es la base del Contador de Coulter que permitió realizar recuentos sanguíneos de manera rápida y confiable. Pero la técnica de los CÓDIGOS microfluídicos va más allá de contar
Las cargas positivas y negativas de los circuitos eléctricos entremezclados crean una señal digital de identificación única a medida que pasa cada celda, y esa secuencia de unos y ceros se adjunta a la información sobre el cambio de impedancia. Las señales de identificación únicas de múltiples celdas se pueden separary leída por una computadora, lo que permite a los científicos rastrear no solo las propiedades de las células, sino también cuántas células han pasado por cada canal.
"Al alinear juiciosamente el patrón de cuadrícula, podemos generar los códigos en los lugares que elegimos cuando pasan las celdas", explicó Sarioglu. "Al medir la conducción de corriente en todo el sistema, podemos identificar cuándo una celda pasa por cadaubicación."
Debido a que las células clasificadas en cada canal de un chip microfluídico tienen ciertas características en común, la técnica permitiría la detección automática de células cancerosas, bacterias o incluso virus en una muestra de fluido. Sarioglu y sus estudiantes han demostrado que pueden rastrear másque mil células de cáncer de ovario con una tasa de precisión de más del 90 por ciento.
El principio subyacente para la identificación celular se llama acceso múltiple por división de código CDMA, y es esencial para ayudar a las redes celulares a separar las señales de cada usuario. Los canales microfluídicos se fabrican a partir de un material plástico utilizando técnicas litográficas suaves. El patrón eléctricose fabrica por separado en un sustrato de vidrio, luego se alinea con el chip de plástico
"Hemos creado un sensor electrónico sin ningún componente activo", dijo Sarioglu. "Es solo una capa de metal, con un diseño inteligente. Las células y la capa metálica trabajan juntas para generar señales digitales de la misma manera que las redes de telefonía celular mantienenseguimiento de la identidad de cada persona que llama. Estamos creando el equivalente de una red de teléfono celular en un chip microfluídico "
El siguiente paso en la investigación será combinar el sensor electrónico con un chip microfluídico capaz de clasificar células activamente. Más allá de las células cancerosas, bacterias y virus, dicho sistema también podría clasificar y analizar partículas inorgánicas.
Los requisitos informáticos del sistema serían mínimos y no requerirían más que la potencia del procesador de los teléfonos inteligentes que ya manejan la decodificación de señales CDMA. El dispositivo de prueba de principio contiene solo cuatro canales, pero Sarioglu cree que el diseño podría escalarse fácilmentehasta incluir muchos más canales.
"Esto es como poner un puerto USB en un chip microfluídico", explicó. "Nuestra técnica podría convertir todas las manipulaciones microfluídicas que están ocurriendo en el chip en datos cuantitativos relacionados con las mediciones de diagnóstico.
En última instancia, los investigadores esperan crear chips de bajo costo que podrían usarse para pruebas de diagnóstico sofisticadas en consultorios médicos o ubicaciones remotas. Los chips podrían estar contenidos en cartuchos que automatizarían el proceso de prueba.
"Será muy emocionante ampliar esto, y creo que eso abrirá la posibilidad de que muchos ensayos diferentes sean accesibles electrónicamente", dijo Sarioglu. "Descentralizar la atención médica es una tendencia importante, y nuestra tecnología podría algún díapermitir que se realicen muchos tipos de pruebas de diagnóstico más allá de los hospitales y las grandes instalaciones médicas ".
Fuente de la historia :
Materiales proporcionado por Instituto de Tecnología de Georgia . Original escrito por John Toon. Nota: El contenido puede ser editado por estilo y longitud.
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