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Los sensores de grafeno han estado a la vanguardia de los esfuerzos para comercializar la electrónica de grafeno, y han llegado al mercado más sensores de grafeno que cualquier otro dispositivo electrónico mejorado con grafeno. Los biosensores tienen la mayor cuota de mercado entre los sensores de grafeno. Cardea es una empresa que históricamente ha comercializado biosensores mejorados con grafeno que utilizan su unidad de procesamiento de bioseñales (BPU) para detectar el cáncer.
Ahora, Cardea está ampliando su gama de biosensores de grafeno y recientemente recibió una subvención de 1,1 millones de dólares de la Fundación Bill y Melinda Gates para desarrollar una «nariz electrónica» utilizando la unidad BPU de grafeno para diagnosticar enfermedades infecciosas en el aliento humano.
Comenzó con la detección del cáncer.
La entrada de Cardea en el campo de los biosensores de grafeno comenzó ofreciendo una ruta de biopsia alternativa para detectar el cáncer. Las biopsias tradicionales son biopsias de tejido, pero son muy invasivas y, a menudo, no brindan ninguna forma de detección temprana. Con los años, las biopsias líquidas se han vuelto más comunes porque son menos invasivas y pueden detectar el cáncer a partir de los fluidos corporales. Cardea se basó en esta tendencia al aprovechar una plataforma de transistores de grafeno dentro de la BPU para mejorar el proceso de detección de biopsias.
Estos sensores de cáncer mejorados con grafeno utilizan secuenciación de próxima generación para ofrecer una forma de detectar diferentes tipos de cáncer. La mayoría de los cánceres se pueden detectar mediante diferentes métodos de biopsia, pero Cardea utilizó la plataforma Graphene para detectar múltiples cánceres en una sola muestra de líquido, lo que ofrece una forma de detectar el cáncer temprano cuando se desconoce la fuente del cáncer.
La plataforma BPU puede analizar diferentes bioseñales de múltiples canales de comunicación dentro del cuerpo, en un enfoque conocido como multiómica (el estudio de las diferentes «ómicas»). La plataforma puede analizar bioseñales de ácidos nucleicos (genómica) y bioseñales de aminoácidos (proteómica), así como metabolómica, transcriptómica y bioseñales complejas de comunicación intercelular. Todo esto se analiza dentro de la misma muestra en tiempo real, lo que muestra la versatilidad que el grafeno puede aportar a la biodetección (y la detección en general).
Plataforma gráfica BPU de Cardea
La plataforma BPU se utiliza en los dispositivos de detección de cáncer originales y está previsto que se utilice en la nariz electrónica que se desarrollará próximamente. Esencial tanto para la plataforma de diagnóstico del cáncer como para la nariz electrónica recientemente anunciada, la BPU se está desarrollando como una unidad central que se puede personalizar para diferentes aplicaciones y escenarios clínicos.
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La plataforma BPU, que consta de una serie de componentes clave, es esencialmente un microprocesador que convierte una señal biológica en una señal eléctrica. Similar a cualquier motor de reconocimiento, la BPU tiene un hardware computacional que alberga un lector y un analizador para convertir cualquier salida de la interfaz de reconocimiento en una salida que el usuario pueda entender y usar. Con respecto a la parte de detección real de la plataforma, hay dos componentes clave: la capa de grafeno y las moléculas de captura.
Utilizada como un transistor de efecto de campo (gFET), la hoja de grafeno se utiliza para traducir directamente varias señales biológicas en información digital. El grafeno se usa ampliamente como plataforma de sensores en varias industrias, ya que tiene una gran área de superficie activa a la que se pueden unir grupos funcionales de sensores, pero también tiene una alta conductividad eléctrica y movilidad de portadores de carga. Esto hace que el grafeno sea sensible a cambios localizados, ya que la unión de biomoléculas (o estímulos para el caso) cambia la conductividad a través de la hoja de grafeno.
Varias moléculas de captura se sientan en la capa de grafeno. El gFET junto con una matriz de biosensores da como resultado una plataforma de detección de grafeno que es inherentemente semiconductora. Entonces, cuando una biomolécula se une a la superficie, cambia las propiedades eléctricas del grafeno, produciendo una señal detectable que se puede convertir en una salida legible. Se pueden colocar muchas moléculas de captura diferentes (para unirse a biomarcadores específicos) en la capa gFET, lo que hace posible detectar biomoléculas basadas en ARN, ADN y proteínas en una sola plataforma. Debido a esto, el sistema es adaptable tanto para el diagnóstico de cáncer como para la detección de enfermedades.
El pequeño tamaño del grafeno (tanto en términos de delgadez como de dimensiones laterales) significa que se pueden colocar varios gFET uno al lado del otro en un solo chip, lo que amplía el alcance del sensor y el ancho de banda de la bioseñal. Es principalmente esta naturaleza a pequeña escala, junto con la efectividad del sensor del grafeno, lo que permite una plataforma de detección versátil y sensible.
Uso de la plataforma BPU como nariz electrónica
El desarrollo de Cardea de su nariz electrónica se acaba de anunciar, pero se basa en el éxito que ha tenido la plataforma de detección de cáncer. El objetivo es utilizar la misma plataforma BPU de grafeno en la nariz electrónica de la empresa, similar a sus dispositivos de diagnóstico del cáncer. Como se describió anteriormente, la capacidad de crear gFET pequeños y personalizables significa que el proceso de adaptación de la plataforma a las enfermedades infecciosas debería ser relativamente sencillo, dado que es fácil unir las moléculas depuradoras relevantes sobre la capa de grafeno.
La tecnología BPU ya demostró que se puede producir a escala, pues Cardea ya tiene capacidad para fabricar miles de unidades. El mercado objetivo es la detección de enfermedades infecciosas en los países en desarrollo, ya que la capacidad de detectar una variedad de enfermedades infecciosas ayuda a reducir el tiempo y los costos de desarrollo en comparación con otras plataformas de diagnóstico, lo que lo hace más atractivo para los mercados que no pueden permitirse el gasto y pueden gastar tanto en servicios médicos. equipo. Y abre las puertas a comunidades tradicionalmente desatendidas en lo que respecta a las pruebas médicas.
Como se mencionó anteriormente, el uso de gráficos en el mecanismo de detección ayuda a aumentar tanto la sensibilidad de la plataforma que se ha demostrado que estas nuevas plataformas basadas en BPU pueden detectar si alguien tiene una enfermedad infecciosa en función de su aliento. El objetivo del proyecto financiado es verificar la capacidad de las BPU funcionalizadas con un receptor olfativo de insectos para reconocer odorantes agonistas (los agonistas de odorantes son una sustancia que desencadena una reacción con un receptor).
La nariz electrónica en desarrollo tiene el potencial de detectar una variedad de enfermedades, incluidas la covid y la malaria, y al igual que su predecesora, también se puede usar para detectar varios tipos de cáncer. Se cree que las plataformas basadas en la detección olfativa podrían usarse en una variedad de aplicaciones, desde entornos de atención médica clínica hasta aplicaciones de monitoreo ambiental, agricultura y bioseguridad. La versatilidad de la BPU podría significar que una vez que este proyecto se complete y se utilice en el mundo real, las plataformas se podrán implementar aún más ampliamente en el futuro.
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