Un chip de silicio detecta proteínas en la sangre

Un chip con microfluidos y que integra un sensor de luz es capaz de detectar proteínas sanguíneas.

Por Katherine Bourzac
Traducido por Francisco Reyes

Un chip simple: Los canales de microfluidos tallados en este chip de silicio son visibles en la imagen, en forma de largos rectángulos. Los canales albergan unas guías de onda, visibles como líneas rosadas, que convergen en un único sensor de luz que también está integrado en el chip.
Fuente: Nemoslab

A través de la medición de la cantidad existente de una serie de moléculas que actúan como señales en la sangre, los doctores son capaces de evaluar el riesgo de cáncer de un paciente, hacer seguimientos de enfermedades crónicas, así como estimar cuál es el mejor momento para llevar a cabo una fertilización in vitro. Sin embargo, los métodos actuales para detectar este tipo de moléculas consumen mucho tiempo y son relativamente caros, además de tener que ser realizados en el laboratorio y no en la cama de hospital del paciente. Con la esperanza de poder ofrecer una alternativa rápida y barata, un consorcio europeo está desarrollando un dispositivo con el que realizar diagnósticos a pie de cama que integra en el mismo chip unos detectores ópticos sensibles con microfluidos para el tratamiento de muestras. El dispositivo está siendo evaluado en muestras de sangre clínica utilizadas para analizar los niveles de hormonas antes de llevar a cabo los tratamientos de fertilización in vitro.

Existen otros grupos que también están intentando desarrollar este tipo de chips de diagnóstico ‘todo en uno’, utilizando métodos ópticos como el grupo europeo o utilizando métodos basados en los cambios de resistencia eléctrica. Los métodos ópticos son inherentemente más sensibles. Sin embargo, para poder medir las señales ópticas normalmente se necesitan instrumentos complejos y caros. El dispositivo europeo no los necesita. Contiene un tipo de instrumentación de lectura integrada directamente en el chip, lo que hace que el dispositivo sea más sencillo que otros detectores ópticos de biomoléculas que requieren algo parecido a un microscopio fluorescente simplificado para poder leerlos. El chip europeo se puede leer utilizando un sensor instalado en el chip que convierte la señal óptica en una señal eléctrica.

“La idea era desarrollar un chip de pequeño tamaño que se pudiera leer utilizando un aparato electrónico simple y que, al mismo tiempo, fuera capaz de detectar una cierta cantidad de moléculas,” afirma Konstantinos Misiakos, director de proyecto Nemoslab en el Centro Nacional de Investigación Científica de Grecia. El proyecto está siendo financiado por la Unión Europea y un consorcio que incluye a las compañías de dispositivos electrónicos ST Microelectronics (con sede principal en Ginebra, Suiza) y Technobiochip (de Nápoles, Italia).

Los sensores se colocan en un canal de microfluidos tallado en un chip de silicio. El canal tiene nueve curvas, y cada una está alineada con una guía de onda de nitruro de silicio que transporta luz a través del chip. Esta luz procede de nueve diodos distintos y va a parar a un único detector de luz. Cada guía de onda posee moléculas de unión distintas, bien sea un anticuerpo o una cepa de ADN seleccionada por su capacidad para unirse a una biomolécula de sangre en particular, como por ejemplo una hormona.

Cuando una muestra de sangre se coloca en el canal, pasa a través de las guías de onda, y las moléculas de unión se agarran a su objetivo. Cuando las biomoléculas se pegan a la superficie de la guía de onda, la velocidad de la luz que se mueve a través de la guía de onda cambia, creando un cambio detectable en la señal que es recogido por el sensor de luz, el cual lo convierte en una señal eléctrica que puede ser leída. El prototipo de este dispositivo es capaz de detectar nueve biomoléculas al mismo tiempo en un suero sanguíneo.

“Este método tiene un potencial impresionante,” afirma Michael McAlpine, profesor asistente de ingeniería mecánica y aeroespacial y química en la Universidad de Princeton. Sin embargo, el dispositivo europeo tal y como es hoy día no alcanza los niveles de sensibilidad de otros sensores de biomoléculas capaces de detectar moléculas individuales.

Misiakos afirma que su grupo está evaluando distintas formas de mejorar la sensibilidad del dispositivo, entre las que se incluyen incrementar la longitud de las guías de onda para amplificar la señal óptica. Espera que los chips puedan fabricar en una fundición de silicio y cuesten menos de un dólar.