En un desarrollo que puede cambiar la detección bio -electrónica, un equipo de investigadores entre robos en la Universidad de Rice ha desarrollado un nuevo método para mejorar drásticamente la sensibilidad de las celdas de combustible enzimáticas y microbianas utilizando transistores electroquímicos orgánicos (OCT). La investigación se publicó recientemente en la revista Dispositivo
El enfoque moderno mejora la señal de potencia a través de tres órdenes de expansión y mejora la proporción de ruido de la señal, lo que permite la próxima generación de biopsia altamente sensible y de baja potencia para el monitoreo de la salud y el medio ambiente.
“Hemos demostrado una técnica fácil pero poderosa para mejorar las señales bio -electrónicas débiles”, dijo Rafael Wordosco, profesor de productos químicos y biometradores de ingeniería y ciencia de materiales y nano ingeniería. Rafael Wordosco, profesor de ciencia y nano ingeniería, dijo. “Este procedimiento abre la puerta a una biopsia más versátil y efectiva que puede aplicarse a la medicina, el monitoreo ambiental e incluso la tecnología de uso”.
Los biochess tradicionales dependen de la interacción directa entre el biomoliculo objetivo y el dispositivo sensor, que puede expuestos a los límites cuando el entorno electrolítico no es compatible. Esta investigación muestra que desafiar directamente las celdas de combustible con un vinculado electrónicamente las celdas de combustible en lugar de introducir biomoliculo en el sensor.
“El mayor obstáculo para la detección bioco -electrónica es diseñar el sistema de barrera más grande que funciona en el rendimiento sin comprometer”, dijo Caroline Aju Franklin, profesora de Biosis, directora del Instituto de Biología y Biología Artificial de Rice del Scholar de Taxi. “Al mantener separados el OCT y la celda de combustible, aseguramos las condiciones máximas para ambos componentes y al mismo tiempo ganamos una señal potente”.
Oxy es un transistor de películas delgadas que funciona en un entorno de agua y se ha centrado en su alta sensibilidad y operación de bajo voltaje. El estudio, el equipo, integró el buey con dos tipos de células biológicas para mejorar su rendimiento. El primer tipo, las celdas de combustible enzimética, usa glucosa para la oxidación de glucosa, que genera electricidad en el proceso. Segundo tipo, las celdas de combustible microbianas, los sustratos orgánicos se basan en bacterias electroquímicas para metabolizar y producir corriente. Los robles luego se mezclaron con celdas de combustible en dos configuraciones diferentes: una configuración de compuerta de cátodo y configuración de la puerta ANOD.
Los investigadores encontraron que los avacones pueden aumentar la señal de las celdas de combustible enzimáticas y microbianas a través de mil a 7,000 factores en términos de tipo de celda de combustible. Esta educación es significativamente más alta que las técnicas electroquímicas tradicionales, que generalmente aumentan la señal en el rango de 10 a 100 veces más fuerte.
El equipo descubrió que la configuración de la puerta del cátodo proporcionó lo mejor, especialmente cuando se usa un polímero en particular como contenido de canal. La configuración de la puerta inode también mostró una fuerte fuerza, pero enfrentó desafíos potenciales en altas celdas de combustible, lo que condujo a una disminución irregular en algunos casos.
Además de promover la potencia de la señal, los investigadores encontraron que el ruido también redujo el ruido del fondo, lo que hace que la medición sea más precisa. Los sensores tradicionales pueden luchar con la intervención y las señales débiles, pero se desarrollan datos claros y más confiables.
“Observamos que incluso los pequeños cambios electroquímicos en la celda de combustible fueron traducidos a una señal eléctrica grande y fácil de detectar por OECT”, dijo Ravindra Siksna, socia del estudio en el programa de física aplicada en el Instituto Samily-Curriculum de Rice, Ravindar Saxena. “Esto significa que podemos detectar biomoliclos y contaminación con más sensibilidad que nunca”.
Las aplicaciones del mundo real para esta tecnología son amplias, y el equipo de investigación demostró con éxito una pequeña versión del sistema en el mismo deslizamiento de vidrio, lo que demuestra que la técnica se expande y puede usarse en biochessers portátiles.
Una de las aplicaciones más prometedoras es detectar el arsenito, una necesidad importante de seguridad del agua. El equipo diseñó bacterias E-coli junto con una ruta de transferencia de electrones exteriores relacionada con el arsenito, lo que les permite detectar la presencia de osnita, que en la concentración contiene una cantidad clara de señal aplicada a Oect, menos de 0.1 micomoes por litro.
Además de las aplicaciones ambientales, este sistema puede revolucionar el monitoreo de la salud del desgaste, donde existe más demanda de biochessores efectivos y altamente sensibles. Por ejemplo, la detección de lactato en el sudor, lo que indica la fatiga muscular, se demostró con éxito usando celdas de combustible microbianas.
“Los atletas, los pacientes médicos e incluso los soldados pueden beneficiarse de la vigilancia metabólica de tiempo real sin la necesidad de complejos electrónicos complejos de alta resistencia”, dijo Soozang, autor principal de un becario post -documental del Departamento de Biosis.
Los investigadores enfatizaron que comprender la dinámica eléctrica entre los OCT y las celdas de combustible es la clave para mejorar el rendimiento del sensor, e identificaron dos métodos operativos separados. En la misma forma de electricidad, las celdas de combustible producen menos potencia que la OCT, que es alta sensibilidad pero funciona cerca de las condiciones de cortocircuito. Por el contrario, el modo eléctrico es cuando la celda de combustible produce suficiente energía para operar OCT, lo que a su vez conduce a una lectura más estable y precisa.
“Al arreglar estas interacciones, podemos diseñar un sensor creado para varias aplicaciones, desde diagnósticos médicos altamente sensibles hasta un monitor ambiental fuerte”, dijo Wardozco. “Creemos que cambiará este enfoque sobre la detección bio -electrónica. Esta es una solución fácil, efectiva y expansiva”.
La investigación fue patrocinada por la Oficina de Investigación del Ejército, el Instituto de Prevención e Investigación del Cáncer de Texas y la Fundación Nacional de Ciencias.
