Hızlı yayılan virüslerden kronik hastalıklara ve ilaca dirençli bakterilere kadar çeşitli sağlık tehditleriyle mücadele edilen günümüzde, hızlı, güvenilir ve kullanımı kolay ev tipi tanı testlerine olan ihtiyaç hiç olmadığı kadar artmış durumda. Düşünün ki, bu testler akıllı saatiniz kadar küçük ve taşınabilir bir cihazla her yerde, herkes tarafından yapılabiliyor. Bunu gerçekleştirebilmek için havada bulunan virüs veya bakterilerin en düzeydeki yoğunluklarını tespit edebilen mikroçip teknolojileri gerekiyor.

NYU Tandon Üniversitesi Elektrik ve Bilgisayar Mühendisliği Bölümü Profesörü Davood Shahrjerdi, Kimya ve Biyomoleküler Mühendisliği Herman F. Mark Profesörü Elisa Riedo ve aynı bölümden Giuseppe de Peppo tarafından yürütülen yeni bir araştırma, bir öksürük veya hava örneğinden birden fazla hastalığı tespit edebilen mikroçiplerin geliştirilip çoklu üretimle piyasaya sunulabileceğini gösteriyor.

"Bu çalışma, biyosensör alanında yeni ufuklar açıyor. Akıllı telefonlar, bilgisayarlar ve diğer akıllı cihazların temelinde yer alan mikroçipler, iletişim ve iş dünyasında dönüşümler yarattı. Benzer şekilde, bugün geliştirdiğimiz teknoloji, mikroçiplerin sağlık alanında da devrim yaratmasını sağlayacak," diyor Riedo.

NYU Nanofabrikasyon Temiz Oda Merkezi Yöneticisi olan Shahrjerdi ise şu ifadeleri kullandı: "Bu gelişmiş yöntem, aynı anda birden fazla hastalığı test ederek hızlı sonuçlar ve anında veri iletimi sağlık hizmeti sunucularına aktarılmasını mümkün kılıyor."

Modern Elektroniğin Güçlü Aracı: Alan Etkili Transistörler (AET)

Modern elektroniğin temel taşı olan alan etkili transistörler (AET), biyosensör olarak uyarlanarak belirli patojen veya biyogöstergeleri kimyasal etiketlere ya da uzun laboratuvar süreçlerine gerek duymadan tespit edebiliyor. Biyolojik etkileşimleri ölçülebilir elektrik sinyallerine dönüştürebilen AET tabanlı biyosensörler, hızlı ve çok yönlü bir tanı platformu sunuyor.

Son yıllarda bu sensörlerin algılama kapasiteleri, nanoskopik malzemeler sayesinde inanılmaz seviyelere ulaştı. Ancak mevcut teknikler, aynı mikroçip üzerinde birden fazla patojeni tespit etmede yetersiz kalıyor. Bu sorunların üstesinden gelmek için araştırmacılar, her bir transistörü farklı biyogöstergeleri algılayacak şekilde yüzey düzeyinde özelleştirmenin yollarını araştırıyor.

Termal Taramalı Problü Litografi (tTPL) ile Çözüm

Bu sorunun anahtarı olarak görülen termal taramalı problü litografi (tTPL) teknolojisi, polimer kaplı bir mikroçip yüzeyinde hassas kimyasal düzenlemeler yaparak her bir transistörü farklı biyoreseptörlerle fonksiyonelleştiriyor. 20 nanometre hassasiyet seviyesinde çalışan bu teknoloji, modern yarı iletken mikroçiplerdeki transistörlerin boyutuyla eşdeğer bir hassasiyet sunuyor. Bu özellik, bir mikroçip üzerinde çoklu patojen tespitini mümkün hale getiriyor.

Elisa Riedo, bu nanofabrikasyon tekniğinin pratik uygulamalarındaki devrim niteliğindeki kullanımını vurgulayarak, "tTPL teknolojisi, her bir AET'i farklı biyo-reseptörlerle fonksiyonelleştirme yoluyla çoklu algılama (multiplexing) için kritik bir rol oynadı," dedi.

Testlerde Olağanüstü Performans

Gerçekleştirilen testlerde, tTPL kullanılarak fonksiyonelleştirilmiş AET sensörlerinin SARS-CoV-2 proteini gibi patojenleri 3 attomolar (aM) konsantrasyonunda ve mililitre başına yalnızca 10 canlı virüs parçacığı seviyelerinde algılayabildiği gösterildi. Aynı zamanda, bu sensörler grip virüsü A gibi farklı patojenleri de doğru bir şekilde ayırt edebiliyor.

Sanayi ve Akademi İş Birliğiyle Geleceği Şekillendirmek

Bu çalışma, Mirimus gibi biyoteknoloji şirketlerinin desteğiyle NYU Tandon ekibi tarafından yürütüldü. Ayrıca, küresel inşaat ve gayrimenkul şirketi LendLease ile iş birliği içinde geliştirilen bu teknoloji, hastalık tespit eden giyilebilir cihazların ve ev tipi tanı araçlarının üretimini hedefliyor. 

Mirimus CEO'su Prem Premsrirut, "Bu araştırma, sanayi ve akademi iş birliğinin modern tıbbın geleceğini nasıl değiştirebileceğini gözler önüne seriyor" dedi.

Berkeley Üniversitesi’nden Alberto Sangiovanni Vincentelli ise, "Biyolojik tehditleri algılayacak çözümler, geleceğin binaları için yeni bir altyapı katmanı olacak" ifadelerini kullandı.

Yarı iletken üretimindeki ilerlemeler sayesinde milyarlarca nanoskalalı FET’in bir arada kullanıldığı mikroçiplerin, sağlık alanındaki uygulamaları giderek daha mümkün hale geliyor. Bu teknolojiler, tıp dünyasında hızlı, çoklu ve yüksek hassasiyetli tanı testleriyle bir devrim yaratmaya hazırlanıyor.