माइक्रोचिप्स बीमारियों का पता लगाने और उनका निदान करने में सक्षम हैं

अब, एनवाईयू टंडन संकाय से नया शोध जिसमें इलेक्ट्रिकल और कंप्यूटर इंजीनियरिंग के प्रोफेसर दावूद शाहरजेर्डी शामिल हैं; हरमन एफ. मार्क केमिकल और बायोमोलेक्यूलर इंजीनियरिंग में प्रोफेसर एलिसा रिडो; और ग्यूसेप डी पेप्पो, केमिकल और बायोमोलेक्युलर इंजीनियरिंग में इंडस्ट्री एसोसिएट प्रोफेसर और जो पहले मिरिमस में थे, बताते हैं कि माइक्रोचिप्स का विकास और निर्माण संभव है जो न केवल एक खांसी या हवा के नमूने से कई बीमारियों की पहचान कर सकता है, बल्कि बड़े पैमाने पर भी उत्पादित किया जा सकता है। .

“यह अध्ययन बायोसेंसिंग के क्षेत्र में नए क्षितिज खोलता है। स्मार्टफोन, कंप्यूटर और अन्य स्मार्ट उपकरणों की रीढ़ माइक्रोचिप्स ने लोगों के संचार, मनोरंजन और काम करने के तरीके को बदल दिया है। इसी तरह, आज, हमारी तकनीक माइक्रोचिप्स को स्वास्थ्य सेवा में क्रांति लाने की अनुमति देगी , चिकित्सीय निदान से लेकर पर्यावरणीय स्वास्थ्य तक” रीडो कहते हैं,

“इस लेख में प्रदर्शित नवीन तकनीक क्षेत्र-प्रभाव ट्रांजिस्टर (एफईटी) का उपयोग करती है – लघु इलेक्ट्रॉनिक सेंसर जो सीधे जैविक मार्करों का पता लगाते हैं और उन्हें डिजिटल सिग्नल में परिवर्तित करते हैं – घरेलू गर्भावस्था परीक्षणों जैसे पारंपरिक रंग-आधारित रासायनिक निदान परीक्षणों का विकल्प प्रदान करते हैं। “शाहरजेर्डी ने कहा। “यह उन्नत दृष्टिकोण तेजी से परिणाम, एक साथ कई बीमारियों के लिए परीक्षण और स्वास्थ्य सेवा प्रदाताओं को तत्काल डेटा ट्रांसमिशन सक्षम बनाता है” शार्जेरडी कहते हैं, जो एनवाईयू नैनोफैब्रिकेशन क्लीनरूम के निदेशक भी हैं, एक अत्याधुनिक सुविधा जहां कुछ चिप्स इस अध्ययन में प्रयुक्त मनगढ़ंत थे। रिएडो और शाहरजेर्डी NYU NanoBioX पहल के सह-निदेशक भी हैं।

आधुनिक इलेक्ट्रॉनिक्स का एक प्रमुख क्षेत्र-प्रभाव ट्रांजिस्टर, नैदानिक ​​उपकरणों की इस खोज में शक्तिशाली उपकरण के रूप में उभर रहे हैं। इन छोटे उपकरणों को रासायनिक लेबल या लंबी प्रयोगशाला प्रक्रियाओं की आवश्यकता के बिना, वास्तविक समय में विशिष्ट रोगजनकों या बायोमार्कर का पता लगाने, बायोसेंसर के रूप में कार्य करने के लिए अनुकूलित किया जा सकता है। जैविक अंतःक्रियाओं को मापने योग्य विद्युत संकेतों में परिवर्तित करके, एफईटी-आधारित बायोसेंसर निदान के लिए एक तेज़ और बहुमुखी मंच प्रदान करते हैं।

हाल की प्रगति ने नैनोवायर, इंडियम ऑक्साइड और ग्राफीन जैसी नैनोस्केल सामग्री को शामिल करके एफईटी बायोसेंसर की पहचान क्षमताओं को अविश्वसनीय रूप से छोटे स्तर – फेमटोमोलर सांद्रता, या एक मोल के एक चौथाई हिस्से तक – तक बढ़ा दिया है। फिर भी, उनकी क्षमता के बावजूद, FET-आधारित सेंसर को अभी भी एक महत्वपूर्ण चुनौती का सामना करना पड़ता है: वे एक ही चिप पर एक साथ कई रोगजनकों या बायोमार्कर का पता लगाने के लिए संघर्ष करते हैं। इन सेंसरों को अनुकूलित करने के मौजूदा तरीकों, जैसे कि एफईटी की सतह पर एंटीबॉडी जैसे ड्रॉप-कास्टिंग बायोरिसेप्टर्स में अधिक जटिल नैदानिक ​​कार्यों के लिए आवश्यक सटीकता और स्केलेबिलिटी का अभाव है।

इसे संबोधित करने के लिए, ये शोधकर्ता एफईटी सतहों को संशोधित करने के नए तरीके तलाश रहे हैं, जिससे चिप पर प्रत्येक ट्रांजिस्टर को एक अलग बायोमार्कर का पता लगाने के लिए तैयार किया जा सके। इससे कई रोगजनकों का समानांतर पता लगाना संभव हो सकेगा।

थर्मल स्कैनिंग जांच लिथोग्राफी (टीएसपीएल) दर्ज करें, एक महत्वपूर्ण तकनीक जो इन बाधाओं पर काबू पाने की कुंजी हो सकती है। यह तकनीक एक पॉलिमर-लेपित चिप के सटीक रासायनिक पैटर्निंग की अनुमति देती है, जो 20 नैनोमीटर तक के रिज़ॉल्यूशन पर अलग-अलग बायोरिसेप्टर, जैसे एंटीबॉडी या एप्टामर्स के साथ व्यक्तिगत एफईटी के कार्यात्मककरण को सक्षम करती है। यह आज के उन्नत सेमीकंडक्टर चिप्स में ट्रांजिस्टर के छोटे आकार के बराबर है। प्रत्येक ट्रांजिस्टर के अत्यधिक चयनात्मक संशोधन की अनुमति देकर, यह विधि एफईटी-आधारित सेंसर के विकास का द्वार खोलती है जो अद्वितीय संवेदनशीलता के साथ एक ही चिप पर विभिन्न प्रकार के रोगजनकों का पता लगा सकती है।

रिएडो, जो टीएसपीएल प्रौद्योगिकी के विकास और प्रसार में सहायक थे, यहां इसके उपयोग को इस अभूतपूर्व तरीके के साक्ष्य के रूप में देखते हैं कि इस नैनोफैब्रिकेशन तकनीक का उपयोग व्यावहारिक अनुप्रयोगों में किया जा सकता है। वह कहती हैं, “टीएसपीएल, जो अब एक व्यावसायिक रूप से उपलब्ध लिथोग्राफिक तकनीक है, मल्टीप्लेक्सिंग हासिल करने के लिए प्रत्येक एफईटी को विभिन्न बायो-रिसेप्टर्स के साथ कार्यात्मक बनाने में महत्वपूर्ण रही है।”

परीक्षणों में, टीएसपीएल का उपयोग करके क्रियाशील एफईटी सेंसर ने उल्लेखनीय प्रदर्शन दिखाया है, जो SARS-CoV-2 स्पाइक प्रोटीन की कम से कम 3 एटमोलर (एएम) सांद्रता और प्रति मिलीलीटर 10 जीवित वायरस कणों का पता लगाता है, जबकि विभिन्न प्रकार के वायरस के बीच प्रभावी ढंग से अंतर करता है। , इन्फ्लूएंजा ए सहित। उच्च विशिष्टता के साथ रोगजनकों की इतनी छोटी मात्रा का विश्वसनीय रूप से पता लगाने की क्षमता पोर्टेबल डायग्नोस्टिक डिवाइस बनाने की दिशा में एक महत्वपूर्ण कदम है जिसका उपयोग एक दिन विभिन्न प्रकार की सेटिंग्स में किया जा सकता है। अस्पतालों से घरों तक.

अध्ययन, अब रॉयल सोसाइटी ऑफ केमिस्ट्री द्वारा प्रकाशित किया गया है नेनो पैमाने, ब्रुकलिन स्थित जैव प्रौद्योगिकी कंपनी मिरिमस और ऑस्ट्रेलिया स्थित बहुराष्ट्रीय निर्माण और रियल एस्टेट कंपनी लेंडलीज़ द्वारा समर्थित किया गया था। वे क्रमशः बीमारी का पता लगाने वाले पहनने योग्य उपकरण और घरेलू उपकरण विकसित करने के लिए एनवाईयू टंडन टीम के साथ काम कर रहे हैं।

मिरिमस के अध्यक्ष और सीईओ प्रेम प्रेमश्रीरुत कहते हैं, “यह शोध उद्योग और शिक्षा जगत के बीच सहयोग की शक्ति को दर्शाता है और यह कैसे आधुनिक चिकित्सा का चेहरा बदल सकता है।” “एनवाईयू टंडन के शोधकर्ता ऐसा काम कर रहे हैं जो भविष्य में बीमारी का पता लगाने में बड़ी भूमिका निभाएगा।”

“लेंडलीज़ जैसी कंपनियां और शहरी पुनर्जनन में शामिल अन्य डेवलपर्स इमारतों में जैविक खतरों को समझने के लिए इस तरह के अभिनव समाधान खोज रहे हैं।” परियोजना के सहयोगी यूसी बर्कले के अल्बर्टो सांगियोवन्नी विंसेंटेली कहते हैं। “इस तरह के जैव-रक्षा उपाय भविष्य की इमारतों के लिए एक नई ढांचागत परत होंगे”

जैसे-जैसे सेमीकंडक्टर विनिर्माण आगे बढ़ रहा है, माइक्रोचिप्स पर अरबों नैनोस्केल एफईटी को एकीकृत कर रहा है, बायोसेंसिंग अनुप्रयोगों में इन चिप्स का उपयोग करने की संभावना तेजी से व्यवहार्य होती जा रही है। नैनोस्केल परिशुद्धता पर एफईटी सतहों को क्रियाशील करने के लिए एक सार्वभौमिक, स्केलेबल विधि परिष्कृत नैदानिक ​​​​उपकरणों के निर्माण को सक्षम करेगी, जो वास्तविक समय में कई बीमारियों का पता लगाने में सक्षम होगी, उस गति और सटीकता के साथ जो आधुनिक चिकित्सा को बदल सकती है।