Tecnologia de silici en la lluita contra la Covid-19

A la Sala Blanca de l'Institut de Microelectrònica de Barcelona (IMB-CNM-CSIC) s'estan desenvolupant dispositius destinats a ser utilitzats com a sensors de diagnòstic per a la COVID-19, en el marc de dos projectes de recerca: Convat, liderat pel ICN2 , i POC4CoV, co-liderat per l'Institut de Química Avançada de Catalunya (IQAC-CSIC) i l'IMB-CNM, CSIC.

Tuit de l'arribada dels primers prototips de sensors destinats a CONVAT.Encara no fa dos mesoso que van començar a sortir de la Sala Blanca de l'Institut de Microelectrònica de Barcelona (IMB-CNM-CSIC), les primeres oblees amb prototips d'un sensor fotònic per a la detecció de la SARS-CoV-2. Eren dispositius destinats al projecte europeu CONVAT, dirigit i coordinat per la professora Laura M. Lechuga, investigadora del CSIC a l'Institut Català de Nanociència i Nanotecnologia (ICN2). L'Institut de Microelectrònica de Barcelona forma part d'aquest projecte, associat com a Third Party a l'ICN2, per desenvolupar i fabricar els dispositius fotònics.

CONVAT

L'objectiu de CONVAT és crear un nou biosensor fotònic que permeti detectar el coronavirus SARS-CoV-2 en 30 minuts. La intenció és que la prova pugui realitzar-se directament amb la mostra del pacient sense la necessitat de traslladar-la a laboratoris clínics centralitzats.

En els dispositius fotònics, la llum es confina en una estructura de manera que qualsevol interacció del medi amb aquesta estructura produeix canvis en les característiques de propagació de la llum confinada. Carlos Domínguez, investigador del CSIC i codirector del Grup de Transductors Químics, explica que es pot comparar amb fibres òptiques planes a través de les quals es mou la llum. "Quan varia alguna de les característiques del medi, les propietats de la llum canvien. Aquesta variació és el que fem servir per mesurar". El professor Domínguez, de l'IMB-CNM, lidera el desenvolupament dels dispositius transductors necessaris per CONVAT, que s'estan fabricant a la Plataforma d'Integració Fotònica, situada a la Sala Blanca Integrada de Micro i nanofabricació de l'IMB-CNM.

Tal com segueix explicant aquest científic, els transductors tenen una estructura formada per una capa de nitrur de silici de 340 nanòmetres i dues capes envoltants d'òxid de silici de 2000 nanòmetres. Per obtenir les capes, així com el seu processat posterior, s'utilitzen processos derivats de la tecnologia microelectrònica de silici.

En la zona exposada al medi s'immobilitza una capa de compostos biològics (enzims, antígens, molècules d'ADN...) que reconeixen específicament la molècula que s'intenta determinar. La interacció amb la molècula que es cerca produeix una variació en algun paràmetre (temperatura, densitat, índex de refracció ...), variació que al seu torn afectarà la propagació de la llum. D'aquesta manera s'estableix la concentració de la molècula, a partir de la variació en la intensitat de la llum.

Detall de les oblees amb els transductors destinats al nou sensor fotònico. Imatge: IMB-CNM-CSIC

Aquest és, en essència, el funcionament dels transductors fotònics de l'IMB-CNM, patentats pel CSIC a Europa i diversos països del món. Ara, en el projecte CONVAT, "l'equip de la investigadora Laura Lechuga realitza el pas de modificar el transductor fotònic amb una molècula específica (anticòs) per determinar selectivament el coronavirus SARS, i validarà el dispositiu final".

El projecte té una durada de dos anys, tot i que es preveu que es produeixin resultats en menys d'un any, ja que es parteix de resultats i tecnologies previs.

La tecnologia també podria identificar ràpidament el tipus de coronavirus, distingint entre una infecció per SARS-CoV-2 o una per grip comuna. A més, el dispositiu biosensor també s'utilitzarà per a l'anàlisi de diferents tipus de coronavirus presents en animals reservori, com els ratpenats, per observar i supervisar possibles evolucions d'aquests virus i prevenir futurs brots infecciosos en humans.

CONVAT és un projecte de cooperació entre Espanya, Itàlia i França. A més del grup de la Prof. Lechuga, altres tres centres participaran en ell: el grup de Prof. Jordi Serra Cobo de la Universitat de Barcelona (UB); el laboratori del Prof. Remi Charrel a la Universitat de Marsella; i el laboratori del Dr. Antonino Di Caro, de l'Institut Nacional Italià de Malalties Infeccioses (INMI).

Projecte POC4CoV

La tecnologia de silici també s'està aplicant per al desenvolupament d’altres dispositius destinats a la diagnosi de COVID-19 en el marc de el projecte POC4CoV - Point-of-care tests for the rapid detection of SARS-CoV-2. Set grups de recerca participen en aquest projecte, dels quals cinc pertanyen a centres del CSIC: al Instituto de Química Avanzada de Cataluña (IQAC-CSIC), al Instituto de Microelectrónica de Barcelona (IMB-CNM-CSIC) y al Instituto de Ciencia de Materiales de Aragón (ICMA-CSIC).

L'objectiu és desenvolupar dos dispositius per detectar de forma simultània i ràpida diversos biomarcadors de la infecció per SARS-CoV-2, els quals permetran conèixer si el pacient està infectat i en quina etapa es troba de la malaltia, per així poder monitoritzar el seu progrés . Per detectar els biomarcadors es faran servir bioreactius específics (anticossos, pèptids o sondes d'ADN).

"El primer és un dispositiu electroquímic que incorpora una matriu d'elèctrodes metàl·lics fabricats sobre substrats de silici mitjançant tecnologia estàndard de microfabricació a la Sala Blanca de l'IMB-CNM. Aquesta matriu s'acobla a un component de paper d'un sol ús, on s'hauran definit diferents seccions. En determinades zones del component de paper estarien encastats alguns dels bioreactius específics esmentats, marcats amb un enzim per generar el senyal electroquímic", expliquen la professora M. Pilar Marco, investigadora del CSIC a l'IQAC, i César Fernandez, investigador del IMB-CNM. Tots dos són coordinadors del projecte i lideren, respectivament, els grups de Nanobiotecnología per al Diagnóstic i el de Transductors Químics.

La mostra del pacient es recollirà en tubs on els bioreactius específics estaran immobilitzats en nanopartícules magnètiques, el que permetrà la seva captura. Després, una gota de les partícules magnètiques s'afegirà a les diferents seccions del component de paper i la solució es mourà per capil·laritat fins a la zona dels elèctrodes, on les nanopartícules es concentren per l'acció d'un camp magnètic. Amb això esperem obtenir un increment del senyal i per tant una major sensibilitat, detalla Pilar Marco. El dispositiu és molt senzill, similar als tests de tira, i seria de baix cost, el que facilitarà el seu ús massiu a prop de el punt d'atenció a l'pacient.

El segon dispositiu implica l'ús de nanoestructures plasmòniques, biofuncionalitzades amb els bioreactius específics esmentats, que permetran identificar els biomarcadors sobre un suport de nitrocel·lulosa, gràcies a la calor generada quan aquestes són irradiades per un làser. "La mostra es barreja amb aquestes sondes plasmòniques i es diposita a l'extrem de la tira de paper. La solució flueix per capil·laritat a través del paper fins a la zona de detecció, on hi ha un altre bioreactiu específic immobilitzat, que el captura per afinitat dels complexos formats amb els biomarcadors d'infecció. L'amplificació de senyal s'aconsegueix gràcies a l'ús de nanopartícules plasmòniques i irradiació làser", indica Pilar Marco. Aquest sistema és similar als test d'embaràs. Es tracta igualment d'un dispositiu de baix cost i fàcil d'utilitzar.

 

 

 

 

 

 

FaLang translation system by Faboba