Els ISFET integrats del CNM: de la llengua electrònica a la seqüenciació del genoma

El 1999, el Centre Nacional de Microelectrònica del CSIC va desenvolupar un nou procediment que permetia integrar en un sol xip diversos sensors químics ISFET i fabricar-los amb tecnologia estàndard. Ara, aquest procediment ha fet possible la creació d'un xip comercial que permet obtenir el genoma d'una persona per uns 1000 dòlars. Exemple d'un xip d'ADN basat en fluorescència. Cada punt equival a un pouet. / Wikipedia.Recentment, una empresa nord-americana anunciava el llançament d'un enginy que permet obtenir el genoma d'una persona en un sol dia i, segons anunciava l'empresa, per menys de 1000 dòlars. El dispositiu està basat en un xip que conté un gran nombre de transistors sensibles al pH (anomenats ISFET, sigles de l'anglès "Ion-sensitive field-effect Transistors"). Gràcies a ells, el xip utilitza mesures elèctriques en lloc de les òptiques dels xips d'ADN actuals.

El que no tothom sap és que la invenció d'aquest tipus de ISFET integrat va tenir lloc a Barcelona, ​​al Centre Nacional de Microelectrònica del CSIC, fa 12 anys. Llavors, els investigadors del CSIC van desenvolupar per primera vegada un mètode que permetia fabricar ISFET a gran escala i a preus assequibles.

Joan Bausells, investigador del CSIC al Centre Nacional de Microelectrònica, explica: "per fer un sensor químic, aquests transistors ISFET han de tenir una part accessible al líquid que es vol mesurar, i sempre s'havien hagut de fabricar a mida. El que desenvolupem nosaltres per primera vegada va ser la manera de fabricar aquests transistors amb la tecnologia d'una fàbrica normal de circuits integrats ".

Per això va ser necessari canviar l'estructura dels transistors i així poder fabricar els sensors ISFET i els circuits en el mateix xip, un desenvolupament que va ser publicat el 1999 a la revista Sensors and Actuators.

Bausells afegeix: "El nou procediment permetia fer com amb els xips normals: posar molts transistors petits i junts per fer moltes mesures simultàniament i, a més, afegir en el mateix xip els circuits electrònics necessaris perquè cada transistor-sensor funcionés  i per poder llegir el resultat. "

Així, com el xip es pot fabricar amb tecnologia estàndard, el preu és bàsicament el mateix que el de qualsevol altre circuit electrònic. Per tant, molt barat si es fan molts.

Fins ara, la pràctica totalitat de ISFET que s'han comercialitzat són individuals (és a dir, un sensor per xip). Els ISFET individuals que fabrica el CNM amb tecnologia pròpia es comercialitzen principalment per a aplicacions d'anàlisi química, com la llengua electrònica

Aquesta té les seves aplicacions fonamentalment en el medi ambient i l'alimentació, ja que poden detectar qualsevol compost orgànic i inorgànic, o una barreja d'ells. Així, es poden aplicar per detectar contaminants en l'aigua, per analitzar el sabor de productes alimentaris, com a sistema de control de qualitat d'aliments i begudes.

En canvi, els ISFET integrats del CNM (diversos sensors per cada circuit) només s'havien aplicat, fins ara, en l'àmbit de la investigació però no en productes per al mercat. Això és el que ha fet ara l'empresa esmentada al principi (Life Technologies, per més senyes) en desenvolupar un circuit de seqüenciació genètica.

Basant-se en el mètode de fabricació desenvolupat pel CNM, el seu xip per seqüenciar ADN conté un gran nombre de pouets amb un ISFET en el fons de cada un d'ells, que serien equivalents als pouets de les proves òptiques d'ADN basades en fluorescència (veure imatge).

Quan una molècula d'ADN, prèviament tractada, es diposita en el pouet, l’ISFET mesura el pH i llança el corresponent senyal. Encara que el desenvolupament surt al mercat ara, l'empresa ja va publicar el desenvolupament a Nature al juliol, on citaven els treballs previs del CNM.