Design af ultrafølsomme biosensorer til tidlig personlig diagnose

En ny type højfølsomme og billige sensorer, kaldet plasmoniske biosensorer, i sidste ende kunne blive et centralt aktiv i personlig medicin ved at hjælpe med at diagnosticere sygdomme på et tidligt tidspunkt.

Personlig medicin er en af ​​de nye udviklinger, der anses for at revolutionere sundhedsvæsenet. En vigtig komponent er påvisning af biomarkører, proteiner i blod eller spyt for eksempel, hvis tilstedeværelse eller unormale koncentration skyldes en sygdom. Biomarkører kan indikere tilstedeværelsen af ​​sygdomme længe før symptomerne vises. Imidlertid, i øjeblikket kræver detektion af disse molekyler stadig specialiserede laboratorier og er dyrt.

Takket være det EU-finansierede forskningsprojekt kaldet NANOANTENNA, afsluttet i marts 2013, fysikere gik sammen med kemikere, nanoteknologer og biomedicinske forskere med det formål at udvikle en såkaldt plasmonisk nanobiosensor til påvisning af proteiner. Den bestod af nanoantenner, små guldstænger omkring 100 til 200 nanometer lange og 60 til 80 nm brede. Ved at skinne lys på sådan en nanoantenna, elektronerne indeni begynder at bevæge sig frem og tilbage, forstærker lysstrålingen i hot spots -områder i antennen, forklarer Pietro Giuseppe Gucciardi, en fysiker ved Institute for Chemical-Physical Processes, tilknyttet det italienske nationale forskningsråd CNR, i Messina, Sicilien. "Formålet med projektet var at levere et bevis på koncept, «siger Gucciardi.

I løbet af 1990'erne fandt forskerne, at plasmoner, små bølger af elektroner i metalliske overflader, der vises, når sådanne overflader belyses, forstærker også lyset i et område tæt på denne overflade. I biosensorer, proteinmolekyler identificeres ved at bestråle dem med infrarødt lys og ved at analysere spektret af det lys, de udsender, kendt som et Raman -spektrum. Hvis disse molekyler er tæt på nanopartikler, plasmonerne i nanopartiklerne forstærker Raman -signalet fra molekylerne, der skal detekteres med flere størrelsesordener.

Nanoantennerne udviklet i dette projekt forstærker kun det udsendte Raman -signal, hvis biomolekylerne er tæt på hotspots. Derfor, molekylerne skal fanges for at blive detekteret. For at gøre det, forskerne knyttet bioreceptorer, fragmenter af DNA konstrueret til at genkende specifikke proteiner, til nanoantennerne. Når nanoantennerne besat med bioreceptorerne inkuberes i en opløsning, der indeholder de biomarkører, der skal påvises, sidstnævnte bliver knyttet til nanoantennerne. Hvornår, efterfølgende, disse nanoantenner er oplyst med lys, de viser Raman -fingeraftryk af både bioreceptoren og biomarkøren, som Gucciardi påpeger.

En ekspert kommenterer, at sundhedsprogrammer hurtigt går over til forebyggelse og tidlig opdagelse af sygdomme, udført under pleje (POC) eller ved sengen. "Det er vigtigt at finansiere denne forskning, fordi den vil være en del af fremtidens medicin, "siger Alexandre Brolo, professor i kemi specialiseret i nanoteknologisk forskning, der har udviklet plasmoniske biosensorer ved University of Victoria, Britisk Columbia, Canada. Han mener også, at en sådan tilgang vil gøre medicinsk behandling mere omkostningseffektiv. "Du vil have noget, der er meget billigt og ikke kommer til at lægge en stor byrde på sundhedssystemet, "siger Brolo.

En anden ekspert er enig. "Lille, kompakte og autonome enheder med de samme egenskaber med hensyn til følsomhed og robusthed som den nuværende kommercielle instrumentering baseret på plasmonik stadig er nødvendige, "siger Maria Carmen Estévez, en forsker ved Catalan Institute of Nanoscience and Nanotechnology i Bellaterra, Spanien. "Slutbrugerne" af disse biosensorer skal forstå, at udviklingen af ​​disse enheder af forskere inden for mange discipliner er en lang proces, bemærker Estévez. Hun tilføjer, at disse biosensorer skal integreres med optiske komponenter, med elektronik til aflæsning af målingerne, software til behandling af alle data, og stole på brugen af ​​mikrofluidik til at forberede og behandle prøven.