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viernes, 7 de agosto de 2015

Microchip fotonico de investigacion con luz integrada.

Científicos del Instituto de Microelectrónica Barcelona del CSIC han creado un microchip fotónico con un diseño flexible y robusto y que, por vez primera, tiene una fuente de luz integrada. Puede medir cambios de color en líquidos con una muy elevada sensibilidad, y sus aplicaciones van desde el diagnóstico médico hasta las aplicaciones alimentarias o ambientales.
 
Imagen del microchip (IMB-CNM / CSIC)
El futuro de infinidad de aplicaciones como el diagnóstico clínico o la detección de contaminantes en el agua o en los alimentos pasa por los microchips de usar y tirar. Sin embargo, hasta la fecha, la mayoría de ellos necesitan toda una serie de periféricos para realizar las medidas, limitando así su portabilidad o uso en entornos de bajos recursos.
Ahora, científicos del Instituto de Microelectrónica Barcelona del CSIC (IMB-CNM) han desarrollado un trabajo que puede cambiar esa situación. El equipo liderado por Andreu Llobera, investigador científico del CSIC, ha desarrollado un microchip fotónico que comprende una fuente de luz alineada con un sistema microfluídico que permite el análisis de muy alta sensibilidad en tiempo real y con volúmenes de muestra muy pequeños. El trabajo se ha publicado en la revista Light: Science & Applications, del grupo Nature.
Fabricación con equipamiento sencillo.
El principio de detección se basa en la medida cuantitativa de cambios de color (colorimetría) de una muestra muy pequeña (microlitros) introducida directamente en el microchip. La ventaja principal es que éste microchip tiene integrada la fuente de luz, así como toda una serie de elementos de micro-óptica para proporcionar una muy alta sensibilidad. Además, el sistema ha sido funcionalizado con unas substancias que únicamente reaccionan cuando el analito de interés está presente en la muestra.
“El microchip fotónico incorpora todo el conocimiento desarrollado en nuestro grupo en los últimos 10 años y representa un gran paso respecto al estado del arte. Siendo tan avanzado, se podría llegar a pensar que su fabricación es compleja. Pero no es así. Una de las principales premisas en su desarrollo era que se pudiera fabricar con equipamiento sencillo y tecnología de producción masiva como la empleada para producir discos (CD o DVD)”, explica Andreu Llobera.
El prototipo ha demostrado ser capaz de detectar enzimáticamente peróxido de hidrogeno (agua oxigenada) y colorantes alimentarios que son nocivos a concentraciones elevadas. También lo han experimentado para detectar triglicéridos, glucosa y lactatos.
Posibilidad de adaptar el diseño.
Una vez demostrado que el concepto funciona, los científicos se proponen ampliar el campo de aplicaciones: se trataría de adaptar la fuente de luz, seleccionando el color de la luz del emisor y adaptándola a la máxima absorción del analito que se quiera detectar. Dada la muy alta flexibilidad y robustez del chip fotónico “estamos abiertos”, dice Andreu Llobera, a propuestas externas que deseen aplicar nuestro diseño y “podemos estudiar, en cada caso, la viabilidad y la adaptación del microchip”.
Se ha probado para detectar peróxido de hidrogeno, colorantes alimentarios, triglicéridos, glucosa y lactatos
El desarrollo mejora la arquitectura de un dispositivo creado hace unos tres años por el mismo grupo de investigación, que inventó un microchip fotónico que permitía diseñar sistemas portátiles para contar células o micropartículas suspendidas en un fluido, usando una fuente de luz externa, que se acoplaba mediante una fibra óptica a la entrada del chip. Para alinear y focalizar correctamente esa luz, el dispositivo contaba con un ingenioso diseño de espejos de aire que la redirigían y focalizaban sobre la muestra.
El dispositivo se obtenía en un sólo paso, lo que abarataba los costos, pero se requería un alto nivel de precisión en el posicionamiento de las fibras ópticas. “Era preciso posicionar y alinear muy bien la fuente de luz. Y una desviación de unas pocas milésimas de milímetro modificaba la respuesta del chip. Por ello decidimos que el siguiente paso era tener la fuente de luz dentro del mismo microchip.”
Multiplexado.
Ahora, el alineamiento entre la zona microfluídica y la fuente de luz es muy buena, ya que esta se fabrica simultáneamente con el resto del microchip fotónico. La fuente de luz es por ella misma un gran avance, ya que es conceptualmente muy simple y se basa en una estructura polimérica que atrapa un fluoróforo. “El fluoróforo reemite hacia la zona microfluídica una parte de la luz externa que le puede llegar desde cualquier punto, desde cualquier ángulo, y podría ser de cualquier bombilla o linterna, así que es posible realizar medidas de gran precisión sin necesidad de equipamiento complejo. Todo el chip tiene aproximadamente el tamaño de una caja de cerillas”, precisa Llobera.
Otra ventaja es que se puede fabricar estos chips de forma multiplexada. Eso quiere decir, simplemente, que en la aplicación, en vez de tener un solo microchip se pueden tener varios de ellos funcionando en paralelo, lo que aumenta la fiabilidad del resultado -reduciendo los falsos positivos-  y permitiría la detección de varios analitos de forma simultánea.
Fuente: CSIC 10 junio 2015
Contacto:
Dr. Andreu Llobera
Research Associate Professor
andreu.llobera@imb-cnm.csic.es