Carbon nanorør danner ultrafølsom biosensor til at detektere proteiner

En klynge af kulstofnanorør belagt med et tyndt lag proteingenkendende polymer danner en biosensor, der er i stand til at bruge elektrokemiske signaler til at detektere små mængder proteiner, som kunne give et afgørende nyt diagnostisk værktøj til påvisning af en række sygdomme, et hold af Boston College-forskere rapporterer i tidsskriftet Natur nanoteknologi.

Nanorør-biosensoren viste sig i stand til at detektere humant ferritin, det primære jernlagrende protein i celler, og E7 oncoprotein afledt af humant papillomavirus. Yderligere test ved hjælp af calmodulin viste, at sensoren kunne skelne mellem varianter af proteinet, der har forskellige former, ifølge det tværfaglige team af biologer, kemikere og fysikere.

Molekylær prægningsteknikker har vist, at polymerstrukturer kan bruges til udvikling af sensorer, der er i stand til at genkende visse organiske forbindelser, men at genkende proteiner har givet et vanskeligt sæt udfordringer. BC-teamet brugte arrays af trådlignende nanorør - cirka en 300. af størrelsen af ​​et menneskehår - belagt med en ikke-ledende polymerbelægning, der er i stand til at genkende proteiner med subpicogram per liter følsomhed.

Centralt for sensorens funktion er aftryk af proteinmolekylerne i den ikke-ledende polymerbelægning. Fordi aftryk reducerer tykkelsen af ​​belægningen, disse områder af polymeren registrerer et lavere niveau af impedans end resten af ​​polymerisolatoren, når de kommer i kontakt med de ladninger, der er iboende til proteinerne og en ioniseret saltopløsning. Når et proteinmolekyle falder ind i sit spejlbillede, det udfylder tomrummet i isolatoren, lader nanorørene registrere en tilsvarende ændring i impedans, signalere tilstedeværelsen af ​​proteinet, ifølge medforfatter Dong Cai, en lektor i biologi ved BC.

Detektionen kan aflæses i realtid, i stedet for efter dage eller ugers laboratorieanalyse, hvilket betyder, at nanorørets molekylære prægningsteknik kunne bane vejen for biosensorer, der er i stand til at detektere humant papillomavirus eller andre vira uger hurtigere, end tilgængelige diagnostiske teknikker i øjeblikket tillader. I modsætning til at søge efter HPV-antistoffet eller cellemedierede immine-responser efter initial infektion, nanorørsensoren kan spore HPV-proteinet direkte. Ud over, ingen kemisk markør er påkrævet af de lebel-fri elektrokemiske detektionsmetoder.

"I tilfælde af nogle sygdomme, ingen kan være sikker på, hvorfor nogen er syg, " sagde Cai. "Alt, der kan vides, er, at det kan være en virus. På det tidspunkt, patienten har muligvis ikke påviselige serumantistoffer. Så på et tidspunkt, hvor det er afgørende at få en diagnose, der er muligvis ingen spor af virussen. Du har stort set mistet din chance. Nu kan vi opdage overfladeproteiner af selve virussen gennem molekylær prægning og foretage analysen."