Sistema de medida para biosensores de serotonina basados en Transistores de Efecto de Campo (FET) funcionalizados con aptámeros

Abstract

[ES] La detección de moléculas específicas es vital para la correcta realización de ciertas investigaciones científicas y técnicas, siendo especialmente importante en aquellas actividades relacionadas con la bioquímica. Estas actividades han sido realizadas tradicionalmente con el uso de técnicas electroquímicas clásicas consistentes en observar la interacción de un fenómeno químico con señales eléctricas. Estas técnicas, a pesar de haber demostrado su utilidad, pueden estar bastante limitadas cuando se pretende discernir sustancias con comportamientos electroquímicos similares, siendo de especial dificultad la medición de la sustancia presente en menores cantidades, como es el caso de la detección de serotonina frente a dopamina en el cerebro.

Nuevas técnicas consisten en el uso de aptámeros: moléculas que se adaptan a parte de la forma de un reactivo concreto con muy alta especificidad. El anclaje de estos aptámeros sobre la superficie del canal de un Transistor de Efecto de Campo (FET) se traduce en un sensor de muy alta especificidad, que cambia la corriente drenador-surtidor según la presencia de la molécula diana. Este TFG consistirá en el desarrollo de un sistema electrónico de medida de varios FETs funcionalizados con aptámeros para la detección de serotonina. Estos FETs han sido desarrollados por la universidad estadounidense UCLA. Las características de este sistema de medida son: bajo ruido, alta precisión en la medida de bajas corrientes y alta resolución temporal. El sistema irá alimentado por batería y tendrá como elemento lógico central un microcontrolador con núcleo ARM Cortex M0+ programado en C a bajo nivel. Además, se desarrollará un programa en Matlab que permita recibir los datos de la placa electrónica, visualizarlos en gráficas y almacenarlos para su posterior análisis.

[EN] The detection of certain specific molecules is mandatory for an adequate performing of certain scientific and technical research activities, being it of special importance for biochemistry-related activities. These activities have been performed traditionally with the use of classical electrochemistry techniques, which consist of observing the interaction of a chemical phenomenon with electrical signals. Despite their usefulness, these techniques may be seriously limited when distinguishing substances with similar electrochemical behaviours, specially when measuring the substance with the lowest concentration of the two, such as the measurement of serotonin and its distinction from dopamine in the brain. New techniques consist in the use of aptamers, which are molecules which partially adapt to the shape of a substance of choice with high specificity. The binding of aptamers to the surface of the channel present in a Field Effect Transistor (FET) translates in a high specificity sensor, which drain-source current changes depending on the concentration of the target molecule. This end-of-degree project will consist of the development of an electronic measurement system for multiple aptamer-functionalized FETs for the detection of serotonin. These FETs have been developed by the American university UCLA. This measurement system Will have the following characteristics: low noise, high precision for low-current measurements and high temporal resolution. This system Will be battery-powered and will have a microcontroller with ARM Cortex M0+ core and firmware programmed in low-level C as main logic element. Moreover, a Matlab software that receives and plots the data sent by the electronic system and stores it for posterior analyses will be developed.