Grafensensor sporer kræftbiomarkører

En ultrasensitiv biosensor fremstillet af vidundermaterialet grafen er blevet brugt til at detektere molekyler, der indikerer en øget risiko for at udvikle kræft.

Det har vist sig, at biosensoren er mere end fem gange mere følsom end bioassay -tests, der i øjeblikket er i brug, og kunne levere resultater på få minutter, åbner muligheden for en hurtig, point-of-care diagnostisk værktøj til patienter.

Biosensoren er blevet præsenteret i dag, 19. september, i IOP Publishing's journal 2D materialer .

At udvikle en levedygtig bionsensor, forskerne, fra University of Swansea, måtte oprette mønstrede grafenenheder ved hjælp af et stort substratområde, hvilket ikke var muligt ved hjælp af den traditionelle eksfolieringsteknik, hvor lag af grafen fjernes fra grafit.

I stedet, de voksede grafen på et siliciumcarbidsubstrat under ekstremt høje temperaturer og lavt tryk for at danne grundlaget for biosensoren. Forskerne mønstrede derefter grafen -enheder, ved hjælp af halvlederbehandlingsteknikker, før vedhæftning af et antal bioreceptormolekyler til grafenindretningerne. Disse receptorer var i stand til at binde sig til, eller mål, et specifikt molekyle til stede i blod spyt eller urin.

Molekylet, 8-hydroxydeoxyguanosin (8-OHdG), produceres, når DNA er beskadiget, og i forhøjede niveauer, har været forbundet med en øget risiko for at udvikle flere kræftformer. Imidlertid, 8-OHdG er typisk til stede ved meget lave koncentrationer i urin, så det er meget vanskeligt at påvise ved hjælp af konventionelle detektionsassays, kendt som enzymkoblede immunsorberende assays (ELISA'er).

I deres undersøgelse, forskerne brugte røntgenfotoelektronspektroskopi og Raman-spektroskopi til at bekræfte, at bioreceptormolekylerne havde knyttet sig til grafenbiosensoren, når de var fremstillet, og derefter udsat biosensoren for en række koncentrationer af 8-OHdG.

Når 8-OHdG knyttet til bioreceptormolekylerne på sensoren, der var en bemærkelsesværdig forskel i grafenkanalresistensen, som forskerne kunne registrere.

Resultaterne viste, at grafensensoren var i stand til at detektere 8-OHdG-koncentrationer så lave som 0,1 ng ml-1, hvilket er næsten fem gange mere følsomt sammenlignet med ELISA'er. Grafenbiosensoren var også betydeligt hurtigere til at detektere målmolekylerne, færdiggøre analysen på få minutter.

Bevæger sig fremad, forskerne fremhæver biosensorens potentiale til at diagnosticere og overvåge en lang række sygdomme, da det er ganske enkelt at erstatte de specifikke receptormolekyler på grafenoverfladen.

Medforfatter af undersøgelsen Dr. Owen Guy sagde:"Graphene har fremragende elektroniske transportegenskaber og har et iboende højt overflade-til-volumenforhold, hvilket gør det til et ideelt materiale til fremstilling af biosensorer.

Nu hvor vi har oprettet den første proof-of-concept biosensor ved hjælp af epitaxial grafen, vi vil undersøge en række forskellige biomarkører forbundet med forskellige sygdomme og tilstande, samt at detektere en række forskellige biomarkører på den samme chip. "