Påvisning af metabolitter på tæt hold

Et nyt koncept for en biosensor af metabolitten laktat kombinerer en elektrontransporterende polymer med laktatoxidase, som er det enzym, der specifikt katalyserer oxidationen af ​​laktat. Laktat er forbundet med kritiske medicinske tilstande, så dens afsløring er vigtig for sundhedsvæsenet.

Biosensorens ydeevne afhænger af elektronoverførsel mellem sensorelektroden og enzymet. Dette øges, når der er et fald i afstanden mellem enzymets aktive steder og elektrodeoverfladen. Redox -enzymer er kommet frem som optimale komponenter til biosensorer, fordi deres evne til at realisere elektronoverførsel supplerer deres specificitet i målbinding og katalytisk aktivitet.

Typiske bestræbelser på at opnå god elektrisk kommunikation involverer indviklede elektrodemodifikationer og yderligere mediatorer, som er redoxaktive molekyler, der flytter elektroner mellem elektrode og enzym. Derfor, biosensorer til dato har været begrænsede med hensyn til deres målmetabolitter og miljøer. Dette har hæmmet deres anvendelse til applikationer på tværs af forskellige områder såsom bioteknologi, landbrug, og biomedicin. I stedet, deres hovedanvendelse har været begrænset til in vitro elektrokemiske biosensorer til glukoseovervågning hos diabetespatienter.

For at udfylde dette hul, Sahika Inal fra KAUST og samarbejdspartnere fra Imperial College London og University of Cambridge, Storbritannien, har udviklet en biosensor, der kan tilpasses i en mikron-skala transistorkonfiguration til at detektere enhver metabolit af interesse.

I hjertet af proof-of-concept-enheden, forskerne har konjugeret laktatoxidase med en såkaldt organisk elektrokemisk transistorpolymer. Denne elektrontransporterende polymer fungerer samtidigt som en effektiv switch og en kraftig signalforstærker:den kan acceptere elektroner fra den enzymatiske reaktion og gennemgå flere reduktionsreaktioner gennem flere redox -aktive steder.

Denne polymer bærer også hydrofile sidekæder, der letter intramolekylære interaktioner med lactatoxidase, som bringer enzymet tæt på det transducerende materiale. Dette fremmer elektrisk kommunikation og følgelig, øger polymerens følsomhed over for laktat. Disse polymer-enzym-interaktioner undgår også at modificere elektrodeoverfladen og brug af en mediator, "hvilket forenkler fremstilling af enheden, " forklarer Inal. Hun tilføjer, at i modsætning til tidligere biosensorer, enheden ikke kræver en referenceelektrode, hvilket giver designfleksibilitet.

"Vores største udfordring var at identificere det rigtige materiale til denne sensor, "siger Inal. Efter denne første forhindring, hendes team stødte på problemer ved fortolkningen af ​​biosensorresponsen. "Denne enhed overraskede os med sin høje effektivitet, " hun siger.

Inals team på KAUST arbejder i øjeblikket på et design, der skal detektere metabolitter i forskellige miljøer. "En oplagt anvendelse for dette system er en lab-on-a-chip laktatsensor, " tilføjer hun. En sådan sensor ville være særlig nyttig i bærbare laktatovervågningsenheder. Desuden, dette nye system åbner også nye muligheder for, hvordan enzymer kan udnyttes til at generere og lagre energi.

Undersøgelsen er publiceret i Videnskabens fremskridt .