(Phys.org) – En NJIT-forskarprofessor känd för sitt banbrytande arbete med kolnanorör övervakar tillverkningen av en prototyp lab-on-a-chip som en dag skulle göra det möjligt för en läkare att upptäcka sjukdom eller virus från bara en droppe av flytande, inklusive blod. "Skalbara nano-biosonder med subcellulär upplösning för celldetektering, " Biosensorer och bioelektronik , som kommer att publiceras den 15 juli, 2013 men är tillgänglig nu online, beskriver hur NJIT-forskarprofessorerna Reginald Farrow och Alokik Kanwal, hans tidigare postdoktor, och deras team har skapat en kolnanorörsbaserad enhet för att noninvasivt och snabbt upptäcka mobila enstaka celler med potential att upprätthålla en hög grad av rumslig upplösning.

"Med hjälp av sensorer, vi skapade en enhet som gör det möjligt för medicinsk personal att lägga en liten droppe vätska på enhetens aktiva område och mäta cellernas elektriska egenskaper, sa Farrow, mottagaren av NJIT:s högsta forskningspris, NJIT Board of Overseers Excellence in Research Prize and Medal. "Även om vi inte är de enda som på något sätt gör den här typen av arbete, vad vi tycker är unikt är hur vi mäter de elektriska egenskaperna eller mönstren hos celler och hur dessa egenskaper skiljer sig mellan celltyper."
I artikeln, NJIT-forskarna utvärderade tre olika typer av celler med hjälp av tre olika elektriska sonder. "Det var en undersökande studie och vi vill inte säga att vi har en signatur, "Farrow tillade. "Vad vi säger här är att dessa celler skiljer sig baserat på elektriska egenskaper. Att upprätta en signatur, dock, kommer att ta tid, även om vi vet att fördelningen av elektriska laddningar i en frisk cell förändras markant när den blir sjuk."

Denna forskning finansierades ursprungligen av militären som ett sätt att identifiera biologiska krigföringsmedel. Dock, Farrow tror att användningen kan gå mycket längre och potentiellt upptäcka virus, bakterie, även cancer. Forskningen kan också en dag till och med bedöma hälsan hos bra celler, såsom hjärnneuroner. Sedan 2010, tre amerikanska patent, "Metod för att bilda en vertikal fälteffekttransistor för nanorör, " #7, 736, 979 (2010); "Nanorörsenhet och tillverkningsmetod" #7, 964, 143 (2011); "Nanorörsenhet och tillverkningsmetod" #8, 257, 566 (2012) tilldelades för denna enhet. Dessutom, fler patent har lämnats in.

Enheten (visad på bilden) använder standardkomplementära metalloxidhalvledartekniker (CMOS) för tillverkning, så att den är lätt skalbar (ned till några nanometer). Nanorör deponeras med hjälp av elektrofores efter tillverkning för att bibehålla CMOS-kompatibilitet.

Enheterna är åtskilda med sex mikron vilket är samma storlek eller mindre än en enda cell. För att visa sin förmåga att upptäcka celler, forskarna utförde impedansspektroskopi på mobila mänskliga embryonala njurceller (HEK), neuroner från möss, och jästceller. Mätningar utfördes med och utan celler och med och utan nanorör. Nanorör visade sig vara avgörande för att framgångsrikt upptäcka närvaron av celler.

Kolnanorör är mycket starka, elektriskt ledande strukturer en enda nanometer i diameter. Det är en miljarddels meter, eller ungefär tio väteatomer i rad. Farrows genombrott är en kontrollerad metod för att fast binda en av dessa submikroskopiska, kristallina elektriska ledningar till en specifik plats på ett substrat. Hans metod introducerar också möjligheten att samtidigt binda en mängd miljontals nanorör och effektivt tillverka många enheter samtidigt.

Att kunna placera enstaka kolnanorör som har specifika egenskaper öppnar dörren för ytterligare betydande framsteg. Andra möjligheter inkluderar en konstgjord bukspottkörtel, tredimensionella elektroniska kretsar och bränsleceller i nanoskala med oöverträffad energitäthet.