Ny sensor sender elektronisk signal, når østrogen detekteres

Østrogen er et lillebitte molekyle, men det kan have store effekter på mennesker og andre dyr. Østrogen er et af de vigtigste hormoner, der regulerer det kvindelige reproduktionssystem - det kan overvåges for at spore menneskelig fertilitet og administreres nogle gange til husdyr som køer og får for at kontrollere reproduktionscyklussen.

Forskere fra Victoria University of Wellington, i New Zealand har udviklet en ny sensor, der kan registrere lave niveauer af E2, et af de primære østrogenhormoner, i væsker. Sensoren sender et elektronisk signal er tilstedeværelsen af ​​østrogen og, med videreudvikling, kunne teste østrogenniveauer i kropsvæsker eller teste vandveje for østrogenforurening, der kan udgøre en risiko for mennesker og miljø.

Sensoren, som forskerne beskriver i en artikel i Journal of Vacuum Science and Technology B , har et enkelt design, giver aflæsninger i realtid, kunne integreres i et elektronisk overvågningssystem og bruger meget lidt strøm - fordele det har i forhold til andre former for detektionsmetoder.

Enhederne bruger små udsnit af DNA kaldet aptamerer til at låse fast på østrogenmolekyler.

"Aptamere er et potentielt kraftfuldt værktøj til sensorer, fordi de er så alsidige og selektive, " sagde Natalie Plank, en forsker, der studerer fremstilling af nanomaterialer ved Victoria University of Wellington.

Aptamerer udvikles gennem en proces, der ligner naturlig selektion. Fra en mangfoldig startpopulation af forskellige DNA- eller RNA -nukleotidsekvenser, dem, der binder bedst til målmolekylet, er selektivt beriget, og processen gentages over flere "generationer."

De østrogenbindende aptamerer, som Plank og hendes kolleger brugte, blev først udviklet af Ken McNatty, en professor i reproduktionsbiologi ved Victoria University of Wellington. Når den passende sekvens af nukleotider er kendt, aptamererne kan nemt genereres.

Plank og hendes team knyttet deres østrogenbindende aptamer til den anden vigtige del af deres enhed:carbon nanorør tyndfilm-effekt-transistor (CNT FET). CNT FET'er fungerer som traditionelle transistorer, men brug kulstof nanorør i stedet for silicium.

Da forskerne først knyttede aptamererne til kulstofnanorørene, de testede enhederne i en buffer, der specifikt er valgt, fordi den har egenskaber, der ligner biologiske væsker. Holdet testede to forskellige østrogenbindende aptamerer:en, der var 35 enheder lang, og en anden, der var 75 enheder lang. De fandt ud af, at i nærvær af østrogen producerede den korte aptamer -enhed et elektrisk signal, mens den lange aptamer-enhed ikke gjorde det.

Forskerne teoretiserer, at dette skyldes egenskaberne ved den bufferopløsning, de brugte. Når bufferen er placeret oven på CNT FET, spændingen over enheden får molekylerne i bufferen til at arrangeres i et elektrisk stabilt dobbeltlag over transistoren. Østrogenmolekyler, der fanges af den korte aptamer, forstyrrer dette lag, som igen ændrer strømmen gennem enheden. Østrogenmolekyler fanget af den længere aptamer holdes sandsynligvis over dobbeltlaget, og derfor ikke skabe det elektriske signal.

Plank bemærker, at hvis der blev brugt vand i enheden, i stedet for den biologisk lignende buffer, den lange aptamer kan også producere et signal, fordi det elektrisk følsomme lag ville være tykkere.

Fremover planlægger gruppen at teste enheden i en mere kompleks opsætning, for eksempel med en egentlig biologisk væske som urin, der har mange opløste komponenter. Og forskerne begrænser sig måske ikke til østrogenpåvisning. Skønheden ved aptamer plus CNT FET-sensorer er, at aptamererne nemt kan udskiftes med nye, der målretter mod et andet molekyle, sagde Plank. "Det er en meget alsidig måde at bygge en sensor på, "bemærkede hun.