Ahora los investigadores de la Penn State University crearon un modo para guiar nanocables individuales hasta su posición sobre un chip de silicio utilizando un campo eléctrico. Una vez que los nanocables están un su lugar, los investigadores depositan electrodos encima para hacer conjuntos de dispositivos de detección. Este es un paso hacia sensores sensible a buen precio que podrían utilizarse rápidamente para detectar cientos de patógenos y elementos químicos tóxicos o tener los primeros atisbos de una enfermedad.
La técnica nueva es simple, rápida y compatible con la fabricación convencional de chips de silicio. Otros ya lograron sensores de nanocable individuales, pero “debes realizar el paso siguiente e integrarlos a gran escala utilizando métodos de fabricación”, dice Theresa Mayer, una profesora de ingeniería eléctrica en Penn State y uno de los investigadores líderes de la investigación nueva, que apareció en Science. “Lo que estamos realmente interesados en hacer es agregarle una función nueva a los circuitos integrados de silicio”.
Hacer detectores de nanocable involucra cubrirlos de moléculas que se unen a ciertas moléculas meta, tales como virus o proteínas. Cuando una molécula meta individual se une a la cobertura, cambia la conductividad del nanocable. Detectar esta señal eléctrica conduce a sensores que son más pequeños, más baratos y más sensibles, en vez de usar los chips de diagnóstico actuales, que dependen de microscopios poderosos para detectar moléculas fluorescentes unidas a las moléculas meta. “Quisiéramos hacerlo todo eléctricamente en un chip pequeño, que sería potencialmente a bajo costo, ultra-portátil, de poco consumo y compatible con elementos de diagnóstico en los lugares de cuidado de la salud”, dice Mayer.
Ha sido difícil hallar un modo fácil para integrar los nanocables a la electrónica. Generalmente, los investigadores depositaban los nanocables al azar sobre una superficie, los detectaban con un microscopio y fabricaban los dispositivos después, dice Ali Javey, un profesor de ingeniería eléctrica e informática en la University of Califo ia, Berkeley. El químico de Harvard, Charles Lieber, elaboró una técnica para alinear los nanotubos utilizando burbujas de polímero, pero necesita de equipamiento extra, y automatizarlo puede ser un desafío.
nUtilizar un campo eléctrico puede resultar más fácil. Los investigadores de Penn State recubren los nanocables cubiertos de sílice, de ocho micrómetros de largo por 300 nanómetros de ancho, con tres clases diferentes de ADN. En cada chip de silicio perforan tres filas de huecos rectangulares poco profundos; cada hueco está diseñado para contener un solo nanocable. Luego le aplican un campo eléctrico a la primera fila, (la intensidad del campo está diseñada para variar a través de la fila), y depositan una solución del primer tipo de nanocable recubierto de ADN. “Existe una fuerza muy fuerte que atrae a los cables en la dirección de la intensidad de campo más elevada”, comenta Christine Keating, profesora de química en Penn State quien dirigió el trabajo de Mayer.
Uno a uno, los nanocables van ocupando los huecos, yendo del hueco expuesto a la intensidad de campo más fuerte al expuesto a la intensidad de campo más débil. Las otras dos filas se llenan del mismo modo. “Ensamblar cables individuales es muy complicado. Este probablemente sea el mejor resultado que he visto en lo referido a ensamblar cables individuales en ubicaciones separadas”, comenta Javey.
Sin embargo, este es sólo el primer paso para los investigadores de Penn State. Depositan electrodos en los conjuntos de nanocables, mostrando que es posible una conexión eléctrica a los cables. Pero por el momento, detectan los cables recubiertos de ADN por medios ópticos, mediante moléculas meta con identificadores fluorescentes. Keating dice que para crear un dispositivo práctico, necesitan ensamblar nanocables de silicio y conectarle cables a los transistores en el chip de silicio.
Mark Reed, un profesor de ingeniería eléctrica y física aplicada en Yale, inventó un modo diferente para hacer conjuntos de detectores de nanocables de silicio, utilizando un proceso de perforación similar al empleado para hacer los chips de circuitos integrados. Reed dice que casi todos los sensores insertados en los chips funcionan. Mientras tanto, la técnica nueva del campo eléctrico tiene un rendimiento menor. Funcionaron alrededor del 70 por ciento de los sensores de los conjuntos; los otros huecos quedaron vacíos o se llenaron de varios nanocables.
La técnica nueva también podría tener competencia por parte de una tecnología de nano-detección desarrollada en el laboratorio Lieber, que está comercializando su derivada, Vista Therapeutics.
No obstante, Alexander Star, profesor de química en la University of Pittsburg dice que el método nuevo “es realmente un modo elegante y sofisticado de ensamblar nanoestructuras funcionales”.
Javey dice que el proceso tendría que funcionar con nanocables más pequeños. Los nanocables más estrechos serían más sensibles, pero también es difícil trabajar con ellos porque son flexibles y se quiebran fácilmente. “Este trabajo es hermoso, pero si se pudiera reducir a nanocables de 10 nanómetros estaríamos mucho más entusiasmados”, concluye.