Forskning viser løfte om ny enhed til at opdage sygdom med dråbe blod

(Phys.org) – En NJIT forskningsprofessor kendt for sit banebrydende arbejde med kulstof nanorør fører tilsyn med fremstillingen af ​​en prototype lab-on-a-chip, der en dag ville gøre det muligt for en læge at opdage sygdom eller virus fra kun en dråbe af væske, inklusive blod. "Skalerbare nano-bioprober med subcellulær opløsning til celledetektering, " Biosensorer og bioelektronik , som udkommer den 15. juli, 2013, men er nu tilgængelig online, beskriver, hvordan NJIT-forskningsprofessorerne Reginald Farrow og Alokik Kanwal, hans tidligere postdoc-stipendiat, og deres team har skabt en kulstof nanorør-baseret enhed til noninvasivt og hurtigt at detektere mobile enkeltceller med potentiale til at opretholde en høj grad af rumlig opløsning.

"Ved brug af sensorer, vi skabte en enhed, der gør det muligt for medicinsk personale at lægge en lille dråbe væske på det aktive område af enheden og måle cellernes elektriske egenskaber, " sagde Farrow, modtageren af ​​NJITs højeste forskningsudmærkelse, NJIT Board of Overseers Excellence in Research Prize og Medal. "Selvom vi ikke er de eneste mennesker på nogen måde, der udfører denne form for arbejde, Det, vi synes er unikt, er, hvordan vi måler cellers elektriske egenskaber eller mønstre, og hvordan disse egenskaber adskiller sig mellem celletyper."
I artiklen, NJIT-forskerne evaluerede tre forskellige typer celler ved hjælp af tre forskellige elektriske prober. "Det var en sonderende undersøgelse, og vi vil ikke sige, at vi har en signatur, " Farrow tilføjede. "Det, vi siger her, er, at disse celler adskiller sig baseret på elektriske egenskaber. Etablering af en underskrift, imidlertid, vil tage tid, selvom vi ved, at fordelingen af ​​elektriske ladninger i en rask celle ændrer sig markant, når den bliver syg."

Denne forskning blev oprindeligt finansieret af militæret som et middel til at identificere biologiske krigsførende agenter. Imidlertid, Farrow mener, at brugen kan gå meget længere og potentielt opdage vira, bakterie, selv kræft. Forskningen kan også en dag endda vurdere sundheden for gode celler, såsom hjerneneuroner. Siden 2010 har tre amerikanske patenter, "Metode til at danne nanorørs lodret felteffekttransistor, "#7, 736, 979 (2010); "Nanorørenhed og fremstillingsmetode" #7, 964, 143 (2011); "Nanorørenhed og fremstillingsmetode" #8, 257, 566 (2012) blev tildelt for denne enhed. Ud over, flere patenter er blevet indgivet.

Enheden (vist på billedet) anvender standard komplementære metaloxid-halvlederteknologier (CMOS) til fremstilling, så det nemt kan skaleres (ned til et par nanometer). Nanorør deponeres ved hjælp af elektroforese efter fremstilling for at opretholde CMOS-kompatibilitet.

Enhederne er adskilt med seks mikrometer, hvilket er den samme størrelse eller mindre end en enkelt celle. For at demonstrere dens evne til at detektere celler, forskerne udførte impedansspektroskopi på mobile humane embryonale nyreceller (HEK), neuroner fra mus, og gærceller. Målinger blev udført med og uden celler og med og uden nanorør. Nanorør viste sig at være afgørende for succesfuldt at påvise tilstedeværelsen af ​​celler.

Carbon nanorør er meget stærke, elektrisk ledende strukturer en enkelt nanometer i diameter. Det er en milliarddel af en meter, eller cirka ti brintatomer i træk. Farrows gennembrud er en kontrolleret metode til fast binding af en af ​​disse submikroskopiske, krystallinske elektriske ledninger til et bestemt sted på et underlag. Hans metode introducerer også muligheden for samtidig at binde en række millioner af nanorør og effektivt fremstille mange enheder på samme tid.

At være i stand til at placere enkelte kulstof nanorør, der har specifikke egenskaber, åbner døren til yderligere betydelige fremskridt. Andre muligheder inkluderer en kunstig bugspytkirtel, tredimensionelle elektroniske kredsløb og brændselsceller i nanoskala med uovertruffen energitæthed.