Los sensores microelectromecánicos son componentes esenciales en todos los ámbitos de la vida. Sin embargo, la incorporación de elementos bioespecíficos a los sensores miniaturizados ha sido un reto que ha obstaculizado el desarrollo de aplicaciones bioanalíticas. Un nuevo proyecto europeo pretende cambiar esta situación mediante el desarrollo de tecnologías clave para producir biosensores multiplexados basados en silicio de forma rápida y económica. Esto podría transformar las industrias de biosensores basados en semiconductores en Europa.
Los sensores microelectromecánicos (MEMS) se utilizan en un sinfín de aplicaciones en diferentes campos como el transporte, las telecomunicaciones y la electrónica de consumo. La biodetección tiene un gran potencial para estas soluciones, pero hasta ahora ha sido difícil ensamblar biomoléculas en chips de sensores basados en semiconductores. Otra limitación es el elevado coste de producción. Como los centros de producción están especializados en semiconductores y no están abiertos a la experimentación bioquímica, ha habido pocas oportunidades para el desarrollo de nuevos biosensores MEMS integrados.
BIOASSEMBLER, un nuevo proyecto europeo, se propone cambiar esta situación. Su objetivo es producir una nueva generación de biosensores fabricados mediante procesos biointeligentes, casando el silicio con las biomoléculas y uniendo los sensores MEMS y la biotecnología en un novedoso proceso de autoensamblaje bioinspirado. El Centro de Investigación Técnica VTT de Finlandia coordina el proyecto y contribuye a él integrando tecnologías de bioensamblaje con microrresonadores acústicos basados en MEMS para el desarrollo de la próxima generación de biosensores.
Autoensamblaje biointeligente: una tecnología clave con una amplia gama de aplicaciones
El autoensamblaje biomolecular permite una biofuncionalización rápida y escalable de los chips de sensores MEMS. Esto permitirá por primera vez la deposición simultánea de decenas de biomoléculas diferentes en miles de posiciones exactas y predeterminadas en una oblea de silicio. La innovadora biofuncionalización a nivel de oblea, combinada con un novedoso proceso de encapsulación, reducirá considerablemente los costes de producción de los sensores bioMEMS. Estos procesos industriales, repetibles y de bajo coste, también son adecuados para la fabricación en masa.
Como resultado, los bioMEMS podrán utilizarse más ampliamente para diferentes aplicaciones de detección. Por ejemplo, estos pequeños sensores podrían medir marcadores moleculares de salud y enfermedad en pequeñas gotas de fluidos biológicos como la sangre o la orina. Además, la medición de varios analitos en paralelo (es decir, la multiplexación) abriría enormes posibilidades en diferentes aplicaciones bioanalíticas, como la atención sanitaria profesional (biomarcadores de enfermedades infecciosas), la alimentación y la agricultura (antibióticos, toxinas del moho), la aplicación de la ley (pruebas de drogas) o el control medioambiental (calidad del agua).
Construir una industria de semiconductores sostenible en Europa
Los sensores MEMS se producen mediante la tecnología de sistemas microelectromecánicos en la superficie de obleas de silicio. Esta tecnología requiere grandes inversiones en instalaciones de salas blancas muy sofisticadas. Esto ha llevado a la concentración del negocio de fabricación de sensores en unos pocos grandes actores, muchos de los cuales operan en Asia. El proyecto BIOASSEMBLER pretende cambiar este escenario creando una nueva tecnología de ensamblaje bioinspirada para la fabricación escalable de biosensores en plataformas de fabricación de semiconductores. Esto contribuirá a que la industria de los semiconductores adquiera un liderazgo tecnológico en Europa.
"El cambio climático y el aumento del uso de recursos exigen la aparición de soluciones biointeligentes innovadoras. Nuestro objetivo es apoyar los objetivos de sostenibilidad minimizando el uso de reactivos. La innovadora biofuncionalización de los sensores MEMS permite que una mayor parte de las biomoléculas se adhieran a la superficie del sensor en estado activo. La tecnología también permite reciclar los reactivos; las biomoléculas que no se adhieren a la superficie pueden reutilizarse en el siguiente lote de producción. Además, la detección multiplexada -la medición simultánea de varios analitos en paralelo- aumenta la sostenibilidad, ya que con la misma superficie de silicio se obtienen más resultados que antes. Esto reduce el consumo de obleas de silicio y componentes electrónicos por cada analito medido", comenta Petri Saviranta, investigador del VTT y coordinador del proyecto.
El proyecto "BIOASSEMBLER - Integración del ensamblaje bioinspirado en la tecnología de fabricación de semiconductores para biosensores" ha recibido financiación de la Unión Europea en el marco del programa Horizonte Europa (subvención nº 101070589). Con un presupuesto global de 3 265 740,25 euros, el proyecto reúne a un equipo de seis instituciones europeas: VTT Technical Research Centre of Finland Ltd y Biomensio Oy de Finlandia; la Universidad de Viena de Austria; JOBST Technologies GMBH y Abcalis GMBH de Alemania; y el Centro de Estudios Sociales de la Universidad de Coimbra de Portugal.
(VTT Technical Research Centre of Finland)
