Tilpasning af nanoelektroniske sensorer til påvisning af virale antigener

Udbruddet af COVID-pandemien i 2020 har endnu en gang vist, hvor vigtige pålidelige og hurtige detektionsmetoder er for at igangsætte effektive foranstaltninger til at bekæmpe en pandemi. Forskere fra Chair of Materials Science and Nanotechnology ved TU Dresden (TUD) har gjort betydelige fremskridt i udviklingen af ​​yderst innovative løsninger til påvisning af virale patogener i to undersøgelser, de præsenterede for nylig.

Resultaterne af deres arbejde er nu blevet offentliggjort i tidsskrifterne ACS Applied Materials &Interfaces og Avancerede materialegrænseflader .

Skræddersyede, kraftfulde og tilpasningsdygtige nanoelektroniske sensorer repræsenterer en lovende tilgang til at bekæmpe både nuværende og fremtidige pandemier. Disse sensorer muliggør ikke kun konventionel diagnose i tilfælde af mistanke om udbrud, men også en kontinuerlig overvågning af den omgivende luft i busser, tog, skoler eller sundhedsfaciliteter. Det betyder, at passende og øjeblikkelige foranstaltninger kan træffes, så snart vira dukker op.

Siden 2020 har Dresden-forskerne arbejdet intensivt på udviklingen af ​​miniaturiserede sensorer til nøjagtig og effektiv påvisning af SARS-CoV-2-antigener. Ud over TUD-holdet ledet af Prof. Gianaurelio Cuniberti og Dr. Bergoi Ibarlucea, forskere fra European Molecular Biology Laboratory (EMBL) i Hamborg, Leibniz Institute of Polymer Research (IPF) Dresden og Pohang University of Science and Technology ( POSTECH) i Korea var også involveret i de to undersøgelser.

Sybodies:En revolution i biologisk anerkendelse

Den første undersøgelse, offentliggjort i tidsskriftet ACS Applied Materials &Interfaces , beskriver en banebrydende innovativ tilgang, der markant øger nøjagtigheden og hastigheden af ​​SARS-CoV-2-antigendetektion. Det involverer indsættelse af syntetiske nanobodies, kendt som sybodies, i biosensorer som receptorer.

"Sybodies repræsenterer et hurtigt, bæredygtigt og etisk forsvarligt alternativ, der i modsætning til konventionelle antistoffer er udviklet og fremstillet ved hjælp af ikke-dyremetoder," sagde prof. Gianaurelio Cuniberti, som koordinerede begge undersøgelser med Dr. Bergoi Ibarlucea.

"En anden vigtig fordel ved at bruge sybodies er deres mindre størrelse sammenlignet med antistoffer, så biologiske genkendelsesprocesser kan finde sted meget tættere på sensoroverfladen, hvilket øger signalstyrken og gør sensorerne meget hurtigere og mere følsomme," tilføjer han. Indledende test er blevet udført med succes med silicium nanotråd-baserede felteffekttransistorer modificeret med sybodies, hvilket viser det store anvendelsespotentiale ved denne tilgang.

Overvinde tabet af følsomhed i biologiske væsker

I det andet papir, offentliggjort i tidsskriftet Advanced Materials Interfaces , undersøgte holdet den øgede følsomhed af sensorerne, når de opererer i biologiske væsker. Sådanne prøver har en kompleks molekylær sammensætning, som i høj grad begrænser sensorens detektionsområde.

For at løse dette problem udviklede forskerne en speciel overflademodifikation med en hydrogel baseret på den dielektriske polymer polyethylenglycol. Dette gør det muligt at tage målinger direkte i spyt og andre prøver fra patienter og eliminerer behovet for tidskrævende og dyre prøveforberedelsestrin.

Flere oplysninger: Chi Zhang et al., Sybodies as Novel Bioreceptors toward Field-Effect Transistor-Based Detection of SARS-CoV-2 Antigener, ACS Applied Materials &Interfaces (2023). DOI:10.1021/acsami.3c06073

Alexandra Parichenko et al., Hydrogel-Gated Silicon Nanotransistors for SARS-CoV-2 Antigen Detection in Physiological Ionic Strength, Advanced Materials Interfaces (2023). DOI:10.1002/admi.202300391

Journaloplysninger: ACS-anvendte materialer og grænseflader

Leveret af Dresden University of Technology