Ny inkjet-tilgang tilbyder en enkel måde at udskrive mikrodisklasere til biosensing på

Forskere har udviklet en unik inkjet-printmetode til fremstilling af bittesmå biokompatible polymer mikrodisklasere til biosensing-applikationer. Fremgangsmåden muliggør produktion af både laser og sensor i en rumtemperatur, udendørs miljø, potentielt muliggør nye anvendelser af biosensing-teknologier til sundhedsovervågning og sygdomsdiagnostik.

"Evnen til at bruge en billig og bærbar kommerciel inkjetprinter til at fremstille en sensor i et omgivende miljø kunne gøre det muligt at producere biosensorer på stedet efter behov, " sagde forskerholdsleder Hiroaki Yoshioka fra Kyushu University i Japan. "Dette kan hjælpe med at gøre biosensing udbredt selv i økonomisk ugunstigt stillede lande og regioner, hvor det kunne bruges til simple biokemiske tests, inklusive dem til påvisning af patogener."

I tidsskriftet The Optical Society (OSA) Express optiske materialer , forskerne beskriver evnen til at printe mikrodisklasere så små som diameteren af ​​et menneskehår fra en specialudviklet polymer kaldet FC-V-50. De viser også, at mikrodiskene med succes kan bruges til biosensing med det meget anvendte biotin-avidin-system.

"Vores teknik kan bruges til at printe på næsten ethvert underlag, " sagde Yoshioka. "Det betyder, at det en dag kunne være muligt at printe en sensor til helbredsovervågning direkte på overfladen af ​​en persons fingernegl, for eksempel."

Fjernelse af varmen

Mange af nutidens biosensorer bruger den stærke interaktion mellem molekylerne biotin og avidin til at detektere tilstedeværelsen af ​​proteiner, der indikerer infektion eller sygdom. Dette involverer typisk at mærke et molekyle af interesse med biotin og derefter detektere, hvornår avidin binder til det.

En måde at måle biotin-avidin-binding på er at tilføje et biotin-mærket protein til overfladen af ​​et optisk mikrohulrum, der fungerer som en miniaturelaser. Når avidin binder til biotinet i mikrohulrummet, dens optiske egenskaber ændrer sig nok til at ændre lysudsendelsen på en måde, der kan bruges til at detektere binding.

Imidlertid, den modifikationsproces, der er nødvendig for at tilføje biotin til overfladen af ​​mikrohulrum, er kedelig og tidskrævende. Det kræver også varmebehandlinger ved høje temperaturer, der ikke er kompatible med alle materialer, såsom polymerer.

"Vi udviklede en organisk mikrodisk optisk hulrumslaser til biosensing ved hjælp af FC-V-50, " sagde Yoshioka. "Denne specielle inkjet-polymer har en carboxylfunktionel gruppe, der er kompatibel med biotin, hvilket eliminerer behovet for enhver form for varmebehandling."

Udskrivning af sensorer

For at producere mikrodisklasere, forskerne udviklede en blæk, der indeholdt FC-V-50 og et laserfarvestof. Et piezo-element indlejret i en inkjet-dyse på størrelse med et hår tillader en enkelt, bittesmå blækdråber, der skydes ud, når en spænding påføres. Når det er tørt, denne trykte dråbe vil udsende lys, når der påføres excitationslys. Når lyset bevæger sig langs den indvendige omkreds af disken, forstærkes det for at generere laserlys.

For at gøre mikrodisklaseren til en sensor, forskerne printede en mikrodisk ved hjælp af deres inkjet-metode og tilføjede derefter reagenser, der gjorde det muligt for biotin at immobilisere på overfladen ved stuetemperatur. De brugte derefter lys til at excitere mikrodisklaseren under et mikroskop og målte referencelaserens emissionsspektrum. Næste, de hældte avidinopløsningen ud på overfladen af ​​disketten og skyllede alt væk, der ikke bandt til biotinet. Laseremissionen blev målt igen for at se, hvordan den afveg fra referencespektret.

For at teste metoden, forskerne fremstillede biosensorer og målte deres evne til at påvise streptavidinprotein i forskellige koncentrationer. De var i stand til at detektere et maksimalt modusskift på 0,02 nanometer for en koncentration af streptavidin på 0,1 ppm. Nu hvor de har demonstreret evnen til at udskrive fungerende biosensorer, de planlægger yderligere at evaluere og optimere sensorens ydeevne. Bærbare enheder til måling af lysemissionen skal også udvikles til sensorerne, der kan bruges på plejestedet.