Et-molekyle-tyk belægning for at hjælpe med at forbedre sygdoms- og lægemiddeltestning

Et nyt gennembrud har potentialet til at forbedre sensorer, der bruges til at teste for sygdomme og opdage doping i sport.

Et internationalt forskerhold ledet af forskere fra Lancaster University har lavet en belægning, der kun er et molekyle tyk, der modificerer overfladen af ​​sensorelektroder.

Det anvendte molekyle, kaldet beta-cyclodextrin, har en tragtform med en hydrofob inderside og en hydrofil yderside. Kombinationen af ​​disse to egenskaber arbejder sammen for at sikre, at kun molekyler af den korrekte størrelse og type vil passe ind - og dermed sikre, at sensoren kun registrerer stoffer, den er indstillet til.

Processen, som involverer elektrokemisk podning af beta-cyclodextrinet på overfladen af ​​grafitelektroder, er også nem at påføre - den kan tilføjes i et enkelt trin inden for få minutter, uden noget særligt udstyr eller skadelige kemikalier - noget forskerne mener gør processen billig og skalerbar.

Selvom brugen af ​​cyclodextrin på sensorer ikke er ny, andre metoder til at skabe lignende sensorbelægninger har været, indtil nu, mere kompleks og dyrere. Tests viste, at denne nye metode også producerer sensorer omkring ti gange mere følsomme end de bedste eksisterende sensorer baseret på cyclodextrin. Det betyder, at det har potentialet til at detektere specifikke molekyler i meget lavere koncentrationer.

Dr. Stijn Mertens, Universitetslektor i elektrokemisk overfladevidenskab ved Lancaster University's Department of Chemistry, og ledende forsker, sagde:"Denne et-trins modifikation rummer væsentlige løfter for rutinemæssig produktion af billige, alligevel robuste og højtydende elektrokemiske sensorer.

"Det er meget selektivt, kun opfanger molekyler, der passer ind i cyclodextrinet. Dette er vigtigt, fordi det betyder, at vi kan analysere prøver uden tidskrævende og derfor dyr forbehandling, såsom adskillelse fra andre stoffer. Vi mener, at sensorens fremragende ydeevne kan være relateret til dens enkle og veldefinerede struktur, da cyclodextrinet er fastgjort direkte og stærkt til elektrodeoverfladen."

Forskerne testede sensoren på dopamin - et neurotransmitterkemikalie, der hjælper med at sende signaler mellem nerveceller og er derfor meget vigtigt i biokemi.

"Selvom vi kun testede det på dopamin som et biologisk relevant molekyle, vi forventer, at sensoren vil fungere for mange andre små biomolekyler, eller stoffer. Dette kan vise sig nyttigt til at hjælpe med at diagnosticere sygdomme, såsom Parkinsons, eller opdage stoffer hos atleter."

Forskningen er i øjeblikket på et tidligt proof-of-concept-stadium, selvom sensorer med disse belægninger har potentialet til at blive brugt af forskere i laboratorier til at teste blod- eller vævsprøver.

Forskningen er skitseret i papiret 'One-Step Covalent Immobilization of beta-Cyclodextrin on sp2 Carbon Surfaces for Selective Trace Amount Probing of Guests', som er publiceret i tidsskriftet Avancerede funktionelle materialer .

Forskningen, som også involverede forskere fra KU Leuven og Gent Universitet i Belgien, blev finansieret af Fonden Videnskabelig Forskning-Flandern, KU Leuven og Det Europæiske Forskningsråd.