Sensores microimpresos en 3D mejoran biodetección en chip para identificación temprana de enfermedades

El diagnóstico temprano de enfermedades depende de la capacidad de detectar biomarcadores con una sensibilidad y precisión excepcionales. Sin embargo, las tecnologías de biodetección tradicionales tienen dificultades para lograrlo a microescala, especialmente al integrar múltiples sensores en sistemas compactos de laboratorio en un chip. Estas limitaciones han frenado el progreso en la creación de herramientas de diagnóstico en tiempo real y de bajo coste para la detección temprana de enfermedades como el cáncer y el Alzheimer. Ahora, un nuevo sensor microimpreso en 3D ofrece una solución altamente sensible y escalable para la biodetección en chip que permite la identificación temprana de enfermedades.

Investigadores de la Universidad Politécnica de Hong Kong (PolyU, Hong Kong, China) han desarrollado un sensor microláser de modo galería susurrante (WGM) microimpreso en 3D con forma de Limacon que combina tecnología avanzada de resonancia óptica con microimpresión flexible. Esta innovación simplifica el acoplamiento de la luz y aumenta la precisión de la biodetección, lo que supone un avance significativo en la integración de laboratorio en un chip. El equipo aprovechó las modernas instalaciones de microimpresión 3D de PolyU para diseñar y fabricar matrices de microcavidades con alta velocidad y precisión, superando así las barreras técnicas existentes.

El sensor microláser funciona haciendo circular la luz de forma resonante dentro de una microcavidad donde incluso las interacciones moleculares más pequeñas provocan cambios de longitud de onda detectables. Los sensores WGM circulares convencionales requieren fibras ópticas frágiles para capturar la luz, lo que limita su practicidad. Sin embargo, el nuevo microdisco con forma de Limacon logra una emisión de luz direccional y una mayor eficiencia de acoplamiento sin fibras externas. Su diseño híbrido rígido proporciona un umbral láser bajo y un ancho de línea estrecho, lo que garantiza una detección precisa incluso con concentraciones ultrabajas de biomarcadores.

En experimentos, los biosensores microláser 3D WGM demostraron un rendimiento excepcional, con un umbral láser de tan solo 3,87 μJ/mm² y un ancho de línea de aproximadamente 30 μm. Los sensores detectaron con éxito la inmunoglobulina G (IgG) humana, un anticuerpo clave en la sangre, en concentraciones tan bajas como 70 μg/ml (atogramos por mililitro). Estos resultados, publicados en Optics Letters, destacan la capacidad del dispositivo para la detección ultrasensible sin marcadores y su posible papel en los sistemas de diagnóstico de próxima generación.

Esta innovación no solo permite una detección precisa, sino que también allana el camino para la fabricación escalable de matrices de sensores para el análisis biomédico en tiempo real. El desarrollo futuro se centrará en la integración de los sensores microláser en chips microfluídicos para crear biochips optofluídicos totalmente funcionales capaces de identificar simultáneamente múltiples biomarcadores de enfermedades. Estos sistemas podrían facilitar un diagnóstico rápido en el punto de atención y proporcionar información crucial durante emergencias sanitarias globales.

“En el futuro, estos sensores microláser WGM podrían integrarse en un chip microfluídico para posibilitar una nueva generación de dispositivos de laboratorio en un chip para la detección cuantitativa ultrasensible de múltiples biomarcadores”, afirmó el profesor Zhang A-ping, del Departamento de Ingeniería Eléctrica y Electrónica de la Universidad Politécnica de Hong Kong. “Esta tecnología podría utilizarse para el diagnóstico temprano de enfermedades como el cáncer y el Alzheimer, o para combatir crisis sanitarias importantes como la pandemia de COVID-19”.

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