Nou microscopi ultracompacte que permet una monitorització continua a temps real
Investigadors de la Universitat de Barcelona (UB) han desenvolupat un microscopi en miniatura, de la mida d’un xip, basat en tecnologies microelectròniques. Aquest innovador dispositiu suposa un canvi de paradigma, ja que es pot connectar directament a la mostra, a diferència dels microscopis convencionals que necessiten que aquesta es transporti a l’aparell cada vegada que es vol examinar. A més, també permet una monitorització en temps real i anàlisi simultània de diferents mostres mantenint les seves condicions de cultiu.
“Aquesta tecnologia única podria tenir un impacte transformador en diferents àmbits, des de la recerca biomèdica o el desenvolupament de fàrmacs, fins al control de la qualitat de l’aigua o del procés de producció de vins”, explica Ángel Dieguez, coordinador del projecte i professor del Departament dʼEnginyeria Electrònica i Biomèdica de la Facultat de Física de la UB i membre de lʼInstitut de Nanociència i Nanotecnologia de la UB (IN2UB).
Un procés més econòmic i eficient
El microscopi es basa en una càmera CMOS – una tecnologia per a la construcció de circuits integrats que permet una gran miniaturització – i una micropantalla amb petits LEDs que il·luminen l’objecte per crear imatges d’ombra de la mostra. Aquestes imatges es capturen amb un detector molt sensible i es processen amb algoritmes de visió artificial per extreure informació rellevant per a l’usuari. “Gràcies a la integració del microscopi amb les mostres, es poden controlar contínuament. També permet el processament paral·lel de múltiples mostres, accelerant, per tant, tot el procés i millorar l’eficiència i els recursos”, assenyala l’investigador.
A més, un dels avantatges de la tecnologia és que l’anàlisi de les mostres es realitza sense necessitat d’intervenció de l’usuari. En aquest sentit, l’equip investigador també desenvolupa programari impulsat per intel·ligència artificial per automatitzar aquesta anàlisi, adaptat a les necessitats de cada projecte en què es fa servir el microscopi.
Un dispositiu per impulsar el desenvolupament de fàrmacs
Les característiques del nou dispositiu fan que tingui un gran potencial en diferents àmbits del sector sanitari i biomèdic. Una de les línies on ja s’està aplicant és acompanyant la tecnologia Organ en un xip (OOC, sigles de la paraula anglesa Organ-on-a-Chip), un sistema que s’està començant a utilitzar com a substitut dels estudis amb animals per accelerar el descobriment de nous fàrmacs. Es tracta d’una metodologia de cultiu cel·lular que, mitjançant xips controlats per ordinadors i sensors que mesuren el metabolisme cel·lular, simula el microambient i els aspectes funcionals clau d’òrgans vius en una escala microscòpica. “A partir de cèl·lules i teixits es repliquen artificialment òrgans com, per exemple, el fetge. D’aquesta manera, els medicaments testats en aquests OOC podrien ser inclús més fiables que els fàrmacs que han passat per proves en animals, ja que els òrgans animals no són exactament iguals als humans i no sempre tenen les mateixes respostes”, detalla Ángel Dieguez.
En aquest context, el nou microscopi ultracompacte es pot connectar a cada OOC de l’experiment, “eliminant la necessitat de transportar mostres de la incubadora al microscopi, alhora que es redueixen els consumibles necessaris per a portar a terme tot el procediment”, explica l’investigador.
Actualment, l’equip del professor Dieguez està treballant en un projecte amb l’Institut de Bioenginyeria de Catalunya (IBEC) per utilitzar aquesta tècnica de microscòpia amb OCC que simulen diferents òrgans per estudiar la malaltia del fetge gras i el seu impacte en la pèrdua de massa muscular.
Una eina per millorar la producció vinícola
El nou microscopi també s’està utilitzant per monitoritzar in situ el procés de fermentació del vi amb l’objectiu d’obtenir una millora en la producció i un major control de les possibles espècies contaminants. Aquesta observació en temps real incorpora també tecnologies de reconeixement automàtic cel·lular, que permeten automatitzar processos que tradicionalment són manuals i poc eficaços per als productors de vi. D’aquesta manera, la nova tecnologia pot ajudar a les empreses que participin en el projecte a reduir els costos econòmics provocats pels problemes de fermentació i minimitzar el malbaratament de matèria primera.
Es tracta d’una iniciativa que compta amb la participació de l’Institut Català de la Vinya i el Vi (INCAVI) i clúster vitivinícola català INNOVI, que analitzarà la fermentació amb mostres de vins de cellers catalans.
Rebaixar el cost de fabricació
Un dels reptes actuals dels investigadors és aconseguir abaratir la fabricació del dispositiu que actualment té un cost d’aproximadament de 1.000 euros. Amb aquest objectiu, ja estan treballant en la creació d’una empresa spin-off per portar a terme el procés d’industrialització i comercialització d’aquest microscopi únic.