Forbedring af biosensorer til implanterbar brug

EPFL-forskere har udviklet nye nanorør-biosensorer ved hjælp af syntetisk biologi, som forbedrer deres sansningsevner i komplekse biovæsker, såsom blod og urin. Undersøgelsen er offentliggjort i Journal of Physical Chemistry Letters .

Biosensorer er enheder, der kan detektere biologiske molekyler i luft, vand, eller blod. De er meget udbredt i udvikling af lægemidler, medicinsk diagnostik, og biologisk forskning. Det voksende behov for løbende, Realtidsovervågning af biomarkører i sygdomme som diabetes driver i øjeblikket bestræbelserne på at udvikle effektive og bærbare biosensorenheder.

Nogle af de mest lovende optiske biosensorer, der i øjeblikket udvikles, er lavet ved hjælp af enkeltvæggede kulstofnanorør. Den nær-infrarøde lys emission af kulstof nanorør ligger inden for den optiske gennemsigtighed vindue af biologiske materialer. Det betyder vand, blod, og væv såsom hud absorberer ikke det udsendte lys, gør disse biosensorer ideelle til implanterbare sensing-applikationer. Disse sensorer kan således placeres under huden, og det optiske signal kan stadig detekteres uden behov for at have elektriske kontakter gennemborende gennem overfladen.

Imidlertid, tilstedeværelsen af ​​salte i biovæsker skaber en gennemgående udfordring i at designe de implanterbare enheder. Udsving i saltkoncentrationer, der naturligt forekommer i kroppen, har vist sig at påvirke følsomheden og selektiviteten af ​​optiske sensorer baseret på enkeltvæggede kulstofnanorør pakket ind med enkeltstrenget DNA.

For at overkomme nogle af disse udfordringer, et team af forskere fra laboratoriet i Ardemis Boghossianat EPFL konstruerede stabile optiske nanorørsensorer ved hjælp af syntetisk biologi. Brugen af ​​syntetisk biologi giver øget stabilitet til de optiske biosensorer, gør dem mere velegnede til brug i biosensing-applikationer i komplekse væsker såsom blod eller urin og endda inde i den menneskelige krop.

"Det, vi gjorde, var at pakke nanorør med 'xeno'-nukleinsyrer (XNA), eller syntetisk DNA, der kan tolerere variationen i saltkoncentrationer, som vores kroppe naturligt gennemgår, at levere et mere stabilt signal, " siger Ardemis Boghossian. Alice Gillen, avisens hovedforfatter, ledet bestræbelserne på at studere, hvordan visse salte påvirker den optiske emission af biosensorerne.

Undersøgelsen dækker varierende ionkoncentrationer inden for de fysiologiske områder, der findes i almindelige biovæsker. Ved at overvåge både intensiteten af ​​nanorørets signal og forskydning af signalets bølgelængde, forskerne var i stand til at verificere, at de bioteknologiske sensorer viste større stabilitet over et større område af saltkoncentrationer end de DNA-sensorer, der traditionelt blev brugt i marken.

"Dette er virkelig første gang, en ægte syntetisk biologi tilgang bliver brugt inden for nanorørsoptik, " siger Boghossian. "Vi mener, at disse resultater er opmuntrende for udviklingen af ​​den næste generation af optiske biosensorer, der er mere lovende til implanterbare sensing-applikationer såsom kontinuerlig overvågning."