Biosensor kan give bedre kræftdiagnose

Lawrence Livermore National Laboratory (LLNL) forskere har udviklet en ny biologisk sensor, der kan hjælpe klinikere med bedre at diagnosticere kræft og epilepsi.

Biologiske sensorer overvåger små molekyler, ioner og protoner og er afgørende som medicinsk diagnostik. Selv de enkleste signaler, såsom intracellulært pH -niveau, kan give vigtige oplysninger til det medicinske samfund.

For eksempel, forsuring af tumorer på grund af forhøjet glukoseoptagelse og frigivelse af mælkesyre er en biomarkør for kræftceller. Ligeledes, forsuring af ekstracellulær væske er en af ​​de centrale processer under epileptiske anfald.

Men menneskeskabte biosensorer har begrænsninger såsom biokompatibilitet og tilsmudsning (ophobning af uønskede materialer, der forhindrer eller forstyrrer molekylets funktion). Biologiske systemer er dygtige til at beskytte og adskille vitale komponenter i biologiske maskiner med semipermeable membraner, der ofte indeholder definerede porer og porte til kun at begrænse transmembrantransport til bestemte arter.

At lære af biologi, LLNL -teamet, ledet af Aleksandr Noy, skabt en pH-sensor ved at integrere silicium-nanoribbon-transistorsensorer med et antifouling-lipid-dobbeltlagsbelægning, der indeholder protonpermeabelt carbon nanorørsporin (CNTP) -kanaler og demonstreret robust pH-detektion ved hjælp af disse sensorer i en række komplekse biologiske væsker.

"Vores enhed er en alsidig platform til realtid, etiketfri, yderst følsom påvisning af sygdomsbiomarkører, DNA -mismatch og vira, "sagde Xi Chen, en UC Merced -kandidatstuderende, en UC-National Lab In-residence kandidat ved Lawrence Livermore og en første forfatter i en forsideartikel i tidsskriftet Nano bogstaver . Han sagde, at biosensoren i sidste ende endda kunne være implanterbar.

For at oprette pH -sensoren, lipidmembranen skal inkorporere en robust kanal, der er yderst permeabel (og, ideelt set, meget specifikt) til protoner. Noy's team viste tidligere, at smalle 0,8 nanometer CNTP'er (ca. 10 nanometer carbon nanorørssegmenter, der spontant indsættes i en lipidmembran og danner transmembrankanaler) har ekstremt høj protonpermeabilitet, der er en størrelsesorden højere end protonpermeabilitet i bulkvand. Ekstrem vandindeslutning i nanorørsporerne med en diameter på 0,8 nm er ansvarlig for at skabe forhold, der favoriserer hurtig protontransport. Lille porestørrelse og høj protonpermeabilitet sikrer også, at CNTP'er effektivt kan blokere de fleste forureningskomponenter i biologiske blandinger og forhindre dem i at nå sensoroverfladen.

"For hvert af disse forsøg, vi har karakteriseret vores sensors evne til at reagere på variationer i opløsningens pH -værdier før og efter kontinuerlig eksponering for de forskellige foulant -blandinger, "Noy sagde." Da lipid -dobbeltlaget inkorporerede CNTP -kanaler, pH -responset blev bevaret og viste meget få tegn på nedbrydning. "

I fremtiden, teamet kunne konstruere CNTP'erne til at overføre specifikke ioner og små molekyler, mens de blokerede andre biomolekyler. Dette kan omdanne enheden til en alsidig platformstype sensing teknologi, der kan bruges i applikationer lige fra sygdomsdiagnose, genetisk screening og opdagelse af lægemidler.