Forskere udvikler en ny DNA-biosensor til tidlig diagnose af livmoderhalskræft

Molybdændisulfid (MoS₂ ) har for nylig fået opmærksomhed blandt materialevidenskabelige forskere på grund af dets evne til at danne todimensionelle nanoark som grafen. Nanoarkene er skabt ved at stable S–Mo–S-lag, der interagerer via Van der Waals-interaktioner.

Derudover de unikke strukturelle, optiske, termiske og elektrokemiske egenskaber ved MoS₂ har åbnet op for adskillige forskningsmuligheder på tværs af flere områder, herunder udviklingen af ​​biomolekyle-sensing og kemiske detektionsplatforme, optoelektronik, superkondensatorer og batterier.

Traditionelt er kulstofnanostrukturer blevet brugt som en immobiliseringsplatform for DNA. For at erstatte kulstof med MoS₂ som en effektiv elektrokemisk DNA-sensor, den elektriske ledningsevne af MoS₂ skal forbedres betydeligt.

På denne baggrund har lektor Eunah Kang og Mr. Youngjun Kim fra School of Chemical Engineering and Material Science ved Chung-Ang University, Korea for nylig fundet en elegant løsning. Duoen har udviklet en elektrokemisk DNA-biosensor ved hjælp af en grafitisk nano-løg/molybdændisulfid (MoS₂ ) nanosheet-komposit, som effektivt detekterer humant papillomavirus (HPV)-16 og HPV-18, og kan tjene som en tidlig diagnose af livmoderhalskræft.

"Nanoløg har grafitisk sp₂ strukturer og er afledt af krystallinsk sp₃ nanodiamanter via termisk udglødning eller laserbestråling," forklarer Dr. Kang. Deres gennembrud blev offentliggjort i Journal of Nanobiotechnology .

Forskerduoen forberedte den nye elektrodeoverflade til at sondere DNA-kemisorption ved at muliggøre kemisk konjugation mellem to funktionelle grupper:acylbindinger på overfladerne af funktionaliserede nano-løg og amingrupper til stede på den modificerede MoS₂ nanoark.

Cyklisk voltammetri-eksperimenter afslørede, at en 1:1 kompositelektrode havde en forbedret rektangulær form sammenlignet med en MoS₂ nanopladeelektrode. "Dette indikerede den amorfe natur af nano-løgene med buede kulstoflag, der muliggjorde en forbedring af elektronisk ledningsevne sammenlignet med MoS₂ nanoark alene," fremhæver Dr. Kang.

Derudover målte duoen følsomheden af ​​deres nye elektrokemiske DNA-biosensorenhed over for HPV-16 og HPV-18 ved at anvende differential pulse voltammetri (DPV) teknik i nærværelse af methylenblåt (MB) som en redoxindikator. Dr. Kang siger:"DPV-strømtoppen blev sænket efter probe-DNA-kemisorption og mål-DNA-hybridisering. Da det hybridiserede DNA var dobbeltstrenget, inducerede det mindre effektiv MB elektrostatisk interkalation, hvilket resulterede i en lavere oxidationstop."

Det fandt duoen ud af sammenlignet med MoS₂ nanosheet-elektrode, nano-løget/MoS₂ nanosheet-kompositelektrode opnåede højere strømspidser, hvilket indikerer en større ændring i differentialspidsen. Dette blev tilskrevet en forbedret ledende elektronoverførsel på grund af nano-løget.

Navnlig blev mål-DNA'erne produceret fra HPV-16 og HPV-18 Siha og Hela cancercellelinjer detekteret af den foreslåede sensor effektivt og med høj specificitet. Følgelig er MoS₂ nanoark med forbedret elektrisk ledningsevne lettet ved kompleksdannelse med nano-løg giver en passende platform til at udvikle effektive og effektive elektrokemiske biosensorer til tidlig diagnose af en lang række lidelser, herunder livmoderhalskræft.

Desuden kan kombination af nanoløg eller nanodiamanter med forskellige organiske biomaterialer lette kemisk funktionalitet, elektronoverførselsledningsevne, lysabsorption og mere. Disse kan igen føre til innovativ sygdomsregistrering, målrettede lægemiddelleveringssystemer og biomedicinsk billeddannelse og diagnostik.

Flere oplysninger: Youngjun Kim et al., En grafitisk nano-løg/molybdændisulfid-nanopladekomposit som en platform for HPV-associerede cancerdetekterende DNA-biosensorer, Journal of Nanobiotechnology (2023). DOI:10.1186/s12951-023-01948-6

Leveret af Chung Ang University