Científics de l'Institut de Microelectrònica Barcelona del CSIC han creat un microxip fotònic amb un disseny flexible i robust i que, per primera vegada, té una font de llum integrada. Pot mesurar canvis de color en líquids amb una molt elevada sensibilitat. El seu camp d'aplicació va des del diagnòstic mèdic fins a les aplicacions alimentàries o ambientals.
Imatge del microxip fotònic (IMB-CNM/CSIC)El futur d'infinitat d'aplicacions com el diagnòstic clínic o la detecció de contaminants en l'aigua o en els aliments passa pels microxips d'un sol ús. No obstant això, fins ara, la majoria d'ells necessiten tot un seguit de perifèrics per realitzar les mesures, el que limita la seva portabilitat o ús en entorns de baixos recursos.
Ara, científics de l'Institut de Microelectrònica Barcelona del CSIC (IMB-CNM) han desenvolupat un treball que pot canviar aquesta situació. L'equip liderat per Andreu Llobera, investigador científic del CSIC, ha desenvolupat un microxip fotònic que inclou una font de llum alineada amb un sistema microfluídic que permet l'anàlisi de molt alta sensibilitat en temps real i amb volums de mostra molt petits. El treball s'ha publicat a la revista Light: Science & Applications, del grup Nature.
Fabricació amb equipament senzill
El principi de detecció es basa en la mesura quantitativa de canvis de color (colorimetria) d'una mostra molt petita (microlitres) introduïda directament en el microxip. L'avantatge principal és que aquest microxip té integrada la font de llum, així com tot un seguit d'elements de micro-òptica per proporcionar una molt alta sensibilitat. A més, el sistema ha estat funcionalitzat amb substàncies que únicament reaccionen quan l'analit d'interès hi esta present en la mostra.
"El microxip fotònic incorpora tot el coneixement desenvolupat pel nostre grup en els últims 10 anys i representa un gran pas endavant respecte a l'estat de l'art. Sent tan avançat, es podria arribar a pensar que és de fabricació molt complexa. Però no és així. Una de les principals premisses en el seu desenvolupament era que es pogués fabricar amb equipament senzill i tecnologia de producció massiva com la emprada per produir discos (CD o DVD)”, explica Andreu Llobera.
El prototip ha demostrat ser capaç de detectar enzimàticament peròxid d'hidrogen (aigua oxigenada) i colorants alimentaris que són nocius a concentracions elevades. També ho han experimentat per detectar triglicèrids, glucosa i lactats.
Possibilitat d’adaptar el disseny
Un cop demostrat que el concepte funciona, els científics es proposen ampliar el camp d'aplicacions: es tractaria d'adaptar la font de llum, seleccionant el color de la llum de l'emissor i adaptant-la a la màxima absorció de l'analit que es vulgui detectar. Donada la molt alta flexibilitat i robustesa del xip fotònic "estem oberts", diu Andreu Llobera, a propostes externes que desitgin aplicar el nostre disseny i "podem estudiar, en cada cas, la viabilitat i l'adaptació del microxip".
S'ha provat amb èxit per detectar peròxid d'hidrogen, colorants alimentaris, triglicèrids, glucosa i lactats
El desenvolupament millora l'arquitectura d'un dispositiu creat fa uns tres anys pel mateix grup de recerca, que va inventar un microxip fotònic que permetia dissenyar sistemes portàtils per explicar cèl•lules o micropartícules suspeses en un fluid, usant una font de llum externa, que s'acoblava mitjançant una fibra òptica a l'entrada del xip. Per alinear i focalitzar correctament aquesta llum, el dispositiu comptava amb un enginyós disseny de miralls d'aire que la redirigien i focalitzaven sobre la mostra.
El dispositiu s'obtenia en un sol pas, el que abaratia els costos, però es requeria un alt nivell de precisió en el posicionament de les fibres òptiques. "Calia posicionar i alinear molt bé la font de llum. I una desviació d'unes poques mil·lèsimes de mil·límetre modificava la resposta del xip. Per això vam decidir que el següent pas era tenir la font de llum dins el mateix microxip."
Multiplexat
Ara, l'alineament entre la zona microfluídica i la font de llum és molt bona, ja que aquesta es fabrica simultàniament amb la resta del microxip fotònic. La font de llum és per ella mateixa un gran avanç, ja que és conceptualment molt simple i es basa en una estructura polimèrica que atrapa un fluoròfor. "El fluoròfor reemet cap a la zona microfluídica una part de la llum externa que li pot arribar des de qualsevol punt, des de qualsevol angle, i podria ser de qualsevol bombeta o llanterna, així que és possible fer mesures de gran precisió sense necessitat d'equipament complex. Tot el xip té aproximadament la mida d'una caixa de llumins", precisa Llobera.
Un altre avantatge és que es pot fabricar aquests xips de forma multiplexada. Això vol dir, simplement, que en l'aplicació, en comptes de tenir un sol microxip, se’n poden tenir diversos funcionant en paral·lel, el que augmenta la fiabilitat del resultat -reduint els falsos positius- i permetria la detecció de diversos analits de forma simultània.
Contacte:
Dr. Andreu Llobera
Research Associate Professor