В новом биосенсоре используется напечатанный лазером графен для обнаружения биомаркеров в низких концентрациях и без предварительной маркировки, что обеспечивает быстрый, дешевый и эффективный тест на заболевания крови.

Новый электродный биосенсор на основе лазерной печати на основе графена (LIG), разработанный исследователями из Университета Регенсбурга, Германия, и Университета Чунг-Анг, Корея, может обнаруживать биомаркеры, указывающие на заболевания крови, при низких концентрациях, обеспечивая «легкое» и дешевая альтернатива современным методам оказания медицинской помощи.

Устройство решает существующую проблему с электрохимическими биосенсорами на основе аптамеров, надеясь вывести их на новый уровень. Хотя эти устройства известны своей высокой чувствительностью и низким пределом обнаружения, что означает, что они могут идентифицировать биомаркеры в чрезвычайно малых концентрациях крови, в настоящее время эти целевые молекулы трудно обнаружить, если они не были ранее «помечены» этикеткой.

Эта «маркировка» означает выделение биомаркера ферментом или даже флуоресцентной молекулой. Если бы этот этап маркировки можно было каким-то образом пропустить, это привело бы к более быстрому, дешевому и более эффективному методу обнаружения биомаркеров.

Это именно тот прорыв, которого стремилась достичь немецко-корейская группа, когда они разработали новый датчик, использующий лазерно-индуцированный графен.

Лазерно-индуцированный графен сочетает в себе высокую электрическую проводимость графена с очень простой процедурой изготовления, для которой просто требуется лазерный принтер CO ₂ . Кроме того, высокая пористость и взаимосвязанная конструкция повышают чувствительность биосенсора.

Мин-Хо Ли, доцент, Университет Чун-Анг

Исследование группы опубликовано в журнале Biosensors and Bioelectronics¹.

Низкая частота означает высокую чувствительность

Детектор, разработанный командой, основан на обнаружении тромбина – природного фермента, необходимого для свертывания крови, – который обычно обнаруживается в высоких концентрациях при определенных заболеваниях крови.

Новая платформа команды работает на основе прямого связывания тромбина с датчиком, используя функцию электротехники, называемую емкостным зондированием – обнаружение и измерение чего-либо проводящего или диэлектрического. Этот механизм обычно используется для обнаружения таких вещей, как давление, сила и ускорение, и большинство людей, вероятно, сталкивается с ним на сенсорных экранах и дисплеях.

Исследователи ранее обнаружили, что индуцированные лазером графеновые электроды лучше всего работают на низких частотах. Это исследование использует это открытие для точной настройки биосенсора. Во время тестирования исследователи использовали биосенсор на низкой частоте 0,5 Гц для сканирования образцов, содержащих различные концентрации целевой молекулы.

Они адаптировали свой эксперимент для проверки электродов разного размера, одновременно изучая, как мечение целевых молекул влияет на чувствительность. Они обнаружили, что биосенсор эффективен в чрезвычайно широком диапазоне концентраций, поддерживая обнаружение на низких уровнях. Примечательно, что на чувствительность биосенсора радикально не повлиял размер электрода, он работал с немаркированными молекулами так же хорошо, как с метками целевых биомаркеров.

Биосенсоры на основе графена – приборы будущего для диагностики крови

Исследования международной группы дополняют другие недавние разработки, которые позиционируют графен как важный элемент будущих биосенсоров. Это включает разработку других сенсоров на основе графена, которые могут диагностировать заболевания крови.

Многие из этих сенсоров работают с биомаркерами, отличными от тромбина. Например, исследователи из Корейского института науки и технологий (KIST) разработали биосенсор на основе графена, который обнаруживает бета-амилоид. Этот белок, обнаруженный в головном мозге, тесно связан с развитием болезни Альцгеймера, поэтому датчик KIST может обнаружить эту возрастную деменцию, используя только анализ крови.

Поскольку этот новый датчик демонстрирует стабильность в течение длительного периода до 7 недель, следующим шагом для команды является попытка масштабирования производства. Ли с оптимизмом смотрит в будущее биосенсоров и в целом на будущее биосенсоров на основе LIG без этикеток.

«Простота производства, простота модификации и превосходные характеристики даже в формате без этикеток позволяют предположить, что биосенсоры LIG могут быть рассмотрены для диагностики в местах оказания медицинской помощи в ближайшем будущем», – заключает Ли. «С комбинацией аптамеров и нашего нового электрода на основе графена коммерциализация электрохимических иммуноанализов может быть возможна в ближайшие 5–10 лет».

Ссылки

¹ Ягати. А. К., Берент. А., Бек. С., Каток. S, Goepferich. А.М., Мин. Дж., Ли М.-Х., Баымнер. A., [2021]«Лазерно-индуцированные встречно-гребенчатые электроды из графена для безметок или высокочувствительных емкостных биосенсоров на основе аптамеров», Биосенсоры и биоэлектроника, [https://doi.org/10.1016/j.bios.2020.112272]

Отказ от ответственности: мнения, выраженные здесь, принадлежат автору, выраженному в их личном качестве, и не обязательно отражают точку зрения AZoM.com Limited T / A AZoNetwork, владельца и оператора этого веб-сайта. Этот отказ от ответственности является частью Условий использования этого веб-сайта.