(Phys.org) - Een NJIT-onderzoeksprofessor die bekend staat om zijn baanbrekende werk met koolstofnanobuisjes, houdt toezicht op de fabricage van een prototype lab-on-a-chip waarmee een arts op een dag ziekte of virus kan detecteren met slechts één druppel vloeistof, inclusief bloed. "Schaalbare nano-bioprobes met subcellulaire resolutie voor celdetectie, " Biosensoren en bio-elektronica , die op 15 juli verschijnt, 2013 maar is nu online beschikbaar, beschrijft hoe NJIT-onderzoekshoogleraren Reginald Farrow en Alokik Kanwal, zijn voormalige postdoctorale fellow, en hun team hebben een op koolstof nanobuisjes gebaseerd apparaat gemaakt om niet-invasieve en snelle mobiele afzonderlijke cellen te detecteren met het potentieel om een ​​hoge mate van ruimtelijke resolutie te behouden.

"Met behulp van sensoren, we hebben een apparaat gemaakt waarmee medisch personeel een kleine druppel vloeistof op het actieve gebied van het apparaat kan doen en de elektrische eigenschappen van de cellen kan meten, " zei Faro, de ontvanger van NJIT's hoogste onderzoekseer, de NJIT Board of Overseers Excellence in Research Prize en Medal. "Hoewel we zeker niet de enige zijn die dit soort werk doen, wat we uniek vinden, is hoe we de elektrische eigenschappen of patronen van cellen meten en hoe die eigenschappen verschillen tussen celtypes."
In het artikel, de NJIT-onderzoekers evalueerden drie verschillende soorten cellen met behulp van drie verschillende elektrische sondes. "Het was een verkennend onderzoek en we willen niet zeggen dat we een handtekening hebben, " voegde Farrow eraan toe. "Wat we hier wel zeggen, is dat deze cellen verschillen op basis van elektrische eigenschappen. handtekening zetten, echter, zal tijd kosten, hoewel we weten dat de verdeling van elektrische ladingen in een gezonde cel aanzienlijk verandert wanneer deze ziek wordt."

Dit onderzoek werd oorspronkelijk gefinancierd door het leger als middel om biologische strijdmiddelen te identificeren. Echter, Farrow is van mening dat het gebruik veel verder kan gaan en mogelijk virussen kan detecteren, bacteriën, zelfs kanker. Het onderzoek kan op een dag zelfs de gezondheid van goede cellen beoordelen, zoals hersenneuronen. Sinds 2010, drie Amerikaanse patenten, "Methode voor het vormen van nanobuis verticale veldeffecttransistor, " #7, 736, 979 (2010); "Nanobuis-apparaat en fabricagemethode" #7, 964, 143 (2011); "Nanobuisapparaat en fabricagemethode" #8, 257, 566 (2012) werden toegekend voor dit apparaat. In aanvulling, er zijn meer patenten aangevraagd.

Het apparaat (getoond op de foto) maakt gebruik van standaard complementaire metaaloxidehalfgeleidertechnologieën (CMOS) voor fabricage, waardoor het gemakkelijk schaalbaar is (tot enkele nanometers). Nanobuisjes worden na fabricage gedeponeerd met behulp van elektroforese om de CMOS-compatibiliteit te behouden.

De apparaten hebben een onderlinge afstand van zes micron, wat even groot of kleiner is dan een enkele cel. Om zijn vermogen om cellen te detecteren aan te tonen, de onderzoekers voerden impedantiespectroscopie uit op mobiele menselijke embryonale niercellen (HEK), neuronen van muizen, en gistcellen. Metingen werden uitgevoerd met en zonder cellen en met en zonder nanobuisjes. Nanobuisjes bleken cruciaal te zijn om de aanwezigheid van cellen met succes te detecteren.

Koolstof nanobuisjes zijn erg sterk, elektrisch geleidende structuren met een diameter van enkele nanometer. Dat is een miljardste van een meter, of ongeveer tien waterstofatomen op een rij. Farrow's doorbraak is een gecontroleerde methode om een ​​van deze submicroscopische, kristallijne elektrische draden naar een specifieke locatie op een substraat. Zijn methode introduceert ook de mogelijkheid om gelijktijdig een reeks van miljoenen nanobuisjes te binden en tegelijkertijd veel apparaten efficiënt te produceren.

Het kunnen positioneren van enkele koolstof nanobuisjes die specifieke eigenschappen hebben, opent de deur naar verdere significante vooruitgang. Andere mogelijkheden zijn onder meer een kunstmatige alvleesklier, driedimensionale elektronische circuits en brandstofcellen op nanoschaal met een ongeëvenaarde energiedichtheid.