Forskere skaber en unik DNA-biosensor til tidlig sygdomsdetektion

Opdagelse af sygdomme på et tidligt stadium er en af ​​de største udfordringer biokemikere og materialeforskere forsøger at imødekomme ved at kombinere deres ekspertise hos Missouri S&T. Forskerne brugte nanoteknologi i biomedicinsk diagnostik - en proces kaldet nanodiagnostik - til at skabe en ny, ultrafølsom DNA-biosensor. Den nye sensor kan potentielt detektere DNA-baserede biomarkører til tidlig diagnose af kræft og genetiske lidelser, samt overvåge patientens reaktioner på terapier.

En grundlæggende elektrokemisk biosensor består af et biologisk genkendelseselement, en signalomformer og en processor. Disse biosensorer registrerer, overføre og registrere oplysninger om biologiske stoffer, såsom nukleinsyrer (DNA og RNA), proteiner, antistoffer, antigener, og andre biologiske komponenter, som glukose.

"Biosensing med nanomaterialer har fordelene ved større følsomhed og hurtigere respons end traditionelle analytiske metoder, der kræver nutidens medicinske udstyr og tidskrævende molekylære amplifikationsteknikker, " siger Dr. Risheng Wang, adjunkt i kemi ved Missouri S&T og hovedforsker ved undersøgelsen.

Forskerne lavede den nye biosensor af kulstofnanorør og guldnanopartikler, hvilket giver den en 3-D radial form, der ligner en søpindsvin. Wang siger, at biosensoren genererede en bemærkelsesværdig elektrokemisk reaktion.

"Fordi kombinationen af ​​carbon nanorør og guld nanopartikler producerede en større end normalt, superledende kontaktområde, vi fandt ud af, at denne biosensor kunne detektere nukleinsyrer med ultralav overflod i komplekse biologiske medier, "siger Dr. Wenyan Liu, assisterende forskningsprofessor i kemi ved Missouri S&T. "Det var også meget selektivt til at skelne enkelt mismatchet DNA fra fuldt matchet DNA. Denne type nanodiagnostiske system er en potentiel kandidat til point-of-care medicinske målinger på grund af dets fremragende stabilitet og mulighed for miniaturisering."

Studiet, "Mærkefri og ultrafølsom elektrokemisk DNA-biosensor baseret på urchinlignende carbon nanorør-guld nanopartikel nanoclusters, " blev offentliggjort i dag af ACS (American Chemical Society) Publications i den 7. april, 2020, tidsskrift, Analytisk kemi , og med på forsiden af ​​nummeret.

S&T-samarbejdspartnere omfatter den tilsvarende forfatter Liu, og medforfatter Dr. Shou Han, en tidligere post-doc stipendiat i kemi, som nu er ved University of Missouri-Kansas City. Dr. Ming Zheng, forskningskemiker ved National Institute of Standards and Technology i Gaithersburg, Maryland, var også medforfatter på forskningen.

I løbet af de sidste to år, Wangs NSF-finansierede biokemiske forskning har også fokuseret på at udvikle DNA-baserede origami-nanostrukturer til kræftbekæmpende lægemiddellevering og som sonder til at identificere mikroRNA til brug som molekylære biomarkører til tidlig diagnosticering af kræftsygdomme og andre sygdomme. NSF har finansieret hendes arbejde med udviklingen af ​​selvsamlede DNA-nanostrukturer for at fremstille en ny generation af molekylære elektroniske kredsløb til miniaturisering af computere og andre elektroniske enheder.