Sáb08242019

Last update04:30:33 PM

Back Está aquí: Home Tecnologías físicas Historias de éxito Los ISFET integrados del CNM: de la lengua electrónica a la secuenciación del genoma

Los ISFET integrados del CNM: de la lengua electrónica a la secuenciación del genoma

En 1999, el Centro Nacional de Microelectrónica del CSIC desarrolló un nuevo procedimiento que permitía integrar en un solo chip varios sensores químicos ISFET y fabricarlos con tecnología estándar.  Ahora, ese procedimiento ha hecho posible la creación de un chip comercial que permite mapear el genoma de una persona por unos 1000 dólares. Ejemplo de un chip de ADN basado en fluorescencia. Cada punto equivale a un pocillo / Wikipedia.¿Puede un sensor químico integrado con usos en la industria alimentaria servir para secuenciar el genoma humano?  La respuesta es sí. El camino que va desde  la investigación en los laboratorios hasta la aplicación en el  mercado  no siempre es el mismo ni obvio. En 1999, el Centro Nacional de Microelectrónica del CSIC desarrolló un nuevo procedimiento que permitía integrar en un solo chip varios sensores químicos ISFET y fabricarlos con tecnología estándar. Ahora, ese procedimiento ha hecho posible la creación de un chip comercial que permite mapear el genoma de una persona por unos 1000 dólares.

Recientemente, una empresa norteamericana anunciaba el lanzamiento de un ingenio que permite mapear el genoma de una persona en un solo día y, según anunciaba la empresa, por menos de 1000 dólares.

El dispositivo está basado en un chip que contiene un gran número de transistores sensibles al pH (denominados ISFET, siglas del inglés “Ion-sensitive field-effect transistors”). Gracias a ellos, el chip utiliza medidas eléctricas en lugar de las ópticas de los chips de ADN actuales.  

Lo que no todo el mundo sabe es que la invención de este tipo de ISFET integrado tuvo lugar en Barcelona, en el Centro Nacional de Microelectrónica del CSIC, hace ya 12 años. Entonces, los investigadores del CSIC desarrollaron por vez primera un método que permitía fabricar ISFET a gran escala y a precios asequibles.

Joan Bausells, investigador del CSIC en el CNM, explica: “para hacer un sensor químico, estos transistores ISFET tienen que tener una parte accesible al líquido que se quiere medir, y siempre se habían tenido que fabricar a medida. Lo que desarrollamos nosotros por vez primera fue la manera de fabricar estos transistores con la tecnología de una fábrica normal de circuitos integrados”.

Un procedimiento desarrollado en el CSIC hace años ha hecho posible la creación de un chip comercial para mapear el genoma de una persona

Para ello fue necesario cambiar la estructura de los transistores y así poder fabricar los sensores ISFET y los circuitos en el mismo chip, un desarrollo que fue publicado en 1999 en la revista Sensors and Actuators.

Bausells añade: “El nuevo procedimiento permitía hacer como con los chips normales: poner muchos  transistores pequeños y juntos para hacer muchas medidas simultáneamente y, además, añadir en el mismo chip los circuitos electrónicos necesarios para que cada transistor-sensor funcionara y para poder leer el resultado.”

Así, como el chip se puede fabricar con tecnología estándar, el precio  es básicamente el mismo que el de cualquier otro circuito electrónico. Por tanto, muy barato si se hacen muchos.

Hasta ahora, la práctica totalidad de ISFET que se han comercializado son individuales (es decir, un sensor por chip).  Los ISFET individuales que fabrica el CNM con tecnología propia se comercializan principalmente  para aplicaciones de análisis químico, como la lengua electrónica. Ésta tiene sus aplicaciones fundamentalmente en el medio ambiente y la alimentación,  ya que pueden detectar cualquier compuesto orgánico e inorgánico, o una mezcla de ellos. Así, pueden aplicarse para detectar contaminantes en el agua, para analizar el sabor de productos alimentarios, como sistema de control de calidad de alimentos y bebidas.

En cambio, los ISFET integrados del CNM (varios sensores por cada circuito) tan sólo se habían aplicado, hasta ahora, en el ámbito de la investigación pero no en productos para el mercado. Eso es lo que ha hecho ahora la empresa mencionada al principio (Life Technologies, para más señas) al desarrollar un circuito de secuenciación genética.

Basándose en el método de fabricación desarrollado por el CNM, su chip para secuenciar ADN contiene un gran número de pocillos con un ISFET en el fondo de cada uno de ellos, que serían equivalentes a los pocillos de las pruebas ópticas de ADN basadas en fluorescencia (ver imagen). Cuando una molécula de ADN,  previamente tratada, se deposita en el pocillo, el ISFET mide el pH y lanza la correspondiente señal. Aunque el desarrollo sale al mercado ahora, la empresa ya publicó el desarrollo en Nature en julio, donde citaban los trabajos previos del CNM.