Investigadores de la Universidad Hebrea de Jerusalén han creado un sistema de chips nanofotónicos utilizando láseres y bacterias para observar la fluorescencia emitida por una sola célula bacteriana. Para fijar la bacteria en su lugar y dirigir la luz hacia las células bacterianas individuales, utilizaron V-groove-guías de onda plasmónicas en forma, pequeñas barras recubiertas de aluminio de solo decenas de nanómetros de diámetro. El nuevo sistema, descrito en la revista Nano letras , allana el camino para un sistema en chip eficiente y portátil para diversas aplicaciones de detección basadas en células, como la detección de productos químicos en tiempo real.
El campo de los dispositivos fotónicos en chip para aplicaciones de detección biológica y química presenta muchas alternativas poderosas a las técnicas analíticas convencionales para aplicaciones que van desde "laboratorio en un chip" hasta monitoreo ambiental. Sin embargo, estos esquemas de detección dependen principalmente de la detección fuera del chipy requieren un aparato engorroso, incluso cuando se miden solo células individuales.
El equipo de la Universidad Hebrea buscó formas de integrar todos los componentes del sistema, incluidas las fuentes de luz y los detectores, en chip a nanoescala. Esto daría como resultado un sistema de laboratorio en chip que es pequeño, portátil y puede realizar la detección en tiempo real-hora.
Para lograr esto, diseñaron molecularmente bacterias vivas que emiten una señal fluorescente en presencia de compuestos objetivo. Los combinaron en el chip con una guía de onda a nanoescala, que no solo sirvió para guiar la luz, sino que también permitió el atrapamiento mecánico debacterias individuales dentro de la ranura en V.
En tres condiciones de iluminación diferentes, demostraron experimentalmente el interrogatorio de una célula bacteriana Escherichia coli individual usando una guía de onda de ranura en V plasmónica a nanoescala. Primero, midieron la luz emitida por una bacteria que fluye en la parte superior del nanoacoplador en un ambiente líquido mediantepermitiendo que la fluorescencia de la bacteria se acople directamente a la guía de onda a través del nanoacoplador. A continuación, una bacteria quedó atrapada mecánicamente dentro de la guía de onda de la ranura en V y fue excitada por láser directamente desde la parte superior o a través del nanoacoplador. En todos los casos, fluorescencia significativase recogió del nanoacoplador de salida al detector.
El sistema funcionó bien tanto en ambientes húmedos, donde las bacterias fluyen sobre la guía de ondas, como en condiciones secas, donde las bacterias están atrapadas dentro de la guía de ondas.
La investigación fue dirigida por el Prof. Uriel Levy, Director del Centro Familiar Harvey M. Krueger para Nanociencia y Nanotecnología en la Universidad Hebrea en colaboración con el Prof. Shimshon Belkin, en el Instituto Alexander Silberman de Ciencias de la Vida de la Universidad Hebrea, quien genéticamentediseñó los sensores bacterianos, y el Prof. Anders Kristensen de la Universidad Técnica Danesa, que estaba a cargo de fabricar las guías de onda con ranura en V. El Prof. Levy es el Presidente de Eric Samson en Ciencia y Tecnología Aplicada, y el Prof. Belkin es el Ministerio deCátedra de Trabajo y Bienestar Social en Higiene Industrial, en la Universidad Hebrea.
A diferencia de las guías de ondas plasmónicas más tradicionales que consisten en plata u oro, la elección del aluminio fue fundamental para poder guiar la luz fluorescente emitida por las bacterias hasta el nanoacoplador de salida. Además, las dimensiones de la guía de ondas permiten una mecánica mecánica eficientela captura de la bacteria y las características multimodo pueden ser fundamentales para reunir más información, por ejemplo, sobre la posición y orientación específicas de la bacteria.
Los resultados proporcionan una indicación clara de la viabilidad de construir un sistema bioplasmónico híbrido utilizando células vivas. El trabajo futuro incluirá la construcción de una red de guías de onda, diversificando el sistema para incorporar diferentes tipos de sensores bacterianos para la detección de varios analitos biológicos o químicos..
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Materiales proporcionados por La Universidad Hebrea de Jerusalén . Nota: El contenido puede ser editado por estilo y longitud.
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