Sensores basados en nanoredes para aplicaciones médicas
En medicina, se emplean biosensores para detectar un determinado biomarcador químico o una secuencia de ADN que provoca enfermedades o está relacionada con la propensión a contraer una enfermedad. Actualmente, las moléculas de ADN solamente pueden cuantificarse mediante herramientas centralizadas y, a menudo, caras. Poder ofrecer una supervisión del punto de atención terapéutica con dispositivos de bajo coste permitiría un seguimiento más reactivo de la evolución de tumores, administrar tratamientos más personalizados y ofrecer una mejor atención al paciente. Para ayudar a aplicar los biosensores en el punto de atención terapéutica, el proyecto financiado con fondos europeos Nanonets2Sense investigó el posible uso de las nanoredes para la integración 3D de biosensores en una tecnología para fabricar circuitos integrados de baja potencia denominados semiconductores complementarios de óxido metálico (CMOS, por sus siglas en inglés). «Los biochips de ADN actuales suelen basarse en una técnica de marcaje en la que las moléculas de ADN de la muestra biológica que se está analizando se marcan primero con etiquetas fluorescentes para poder visualizar su inmovilización con la sonda adecuada», explica Mireille Mouis, investigadora del Centro Nacional para la Investigación Científica de Francia (CNRS, por sus siglas en francés) y coordinadora del proyecto Nanonets2Sense. «Las actividades de I+D se centran ahora en métodos sin etiquetas en los que la interacción entre la diana y las moléculas de la sonda se detecte directamente a través de la modificación de propiedades electrónicas, ópticas o mecánicas del transductor».
Un dispositivo compacto
Las nanoredes son matrices aleatorias de nanoestructuras finas y alargadas denominadas nanocables. Según Mouis, recientemente se descubrió que podían fabricarse nanoredes de silicio u óxido de cinc y hacer que fueran conductoras empleando un proceso ascendente de bajo coste. El material resultante, que es semiconductor, puede utilizarse como material activo para aplicaciones de biodetección. «Mediante este proceso de fabricación, creamos dispositivos que presentan algunas de las características clave de los prometedores sensores basados en nanocables, pero sin el coste de integración que ha dificultado su desarrollo para usos de detección», explica Mouis. El dispositivo compacto coloca los sensores encima del circuito de lectura, de forma que los sensores están en contacto directo con las biomoléculas que se están detectando. Este diseño no solo garantiza que la electrónica de lectura y acondicionamiento del CMOS de silicio estén protegidos de los fluidos, sino que además supone que pueden conectarse de forma vertical a través del extremo trasero de la oblea del CMOS. Esto permite el enrutamiento compacto, que a su vez permite la lectura de matrices de sensores que pueden ser amplias, una característica que puede mejorar la fiabilidad de detección.
Estableciendo un rumbo nuevo
Al empezar con una tecnología muy simple, el proyecto Nanonets2Sense ha creado y validado satisfactoriamente todos los componentes básicos tecnológicos innovadores necesarios para mejorar la funcionalidad de los chips CMOS con biosensores basados en nanoredes. Además, el esquema de lectura también es nuevo. Según comenta Mouis: «Antes de este proyecto, no se había hecho ningún intento de desarrollar dispositivos para el punto de atención terapéutica basados en nanoredes de silicio u óxido de cinc, este era un campo mayoritariamente inexplorado. Nuestro objetivo final era lograr la plena integración tridimensional de biosensores en CMOS y ahora disponemos de la tecnología necesaria para completar esta integración en un contexto pertinente para la industria».
Palabras clave
Nanonets2Sense, biosensores, punto de atención terapéutica, nanoredes, CMOS, ADN, biomarcador, nanoestructuras, nanocables