Människokroppen är en extremt komplex molekylär maskin, vars detaljer kan följas genom vissa ämnen; så kallade biomarkörer. Tyvärr, det är ännu inte möjligt att övervaka biomarkörer som lever i patienter när dessa finns i små koncentrationer. Forskare vid Eindhovens tekniska universitet har nu utvecklat en ny teknik som kan bli den enkla och enkla lösningen för levande och superkänslig övervakning av biomarkörer. De rapporterar om det i Naturkommunikation .

Ämnen som är viktiga för kroppen, som proteiner och hormoner, finns i blodet i piko- eller nanomolära koncentrationer. Dessa är koncentrationer jämförbara med 1 sockerkorn upplöst i en simbassäng i olympisk storlek - extremt låga, och svårt att mäta. I gruppen Molecular Biosensing for Medical Diagnostics vid Eindhovens tekniska universitet, under ledning av professor Menno Prins, en avkänningsteknik har utvecklats som möjliggör superkänslig mätning av biomarkörkoncentrationer över tid.

Tekniken bygger på det faktum att små partiklar i vätska kontinuerligt är i Brownsk rörelse eftersom vattenmolekyler kolliderar med dem. Forskarna band partiklarna genom en nanosträng till en glasplatta, får partiklarna att vicka fram och tillbaka. Biomarkören som ska mätas binder tillfälligt till specifika adhesiva molekyler som är fixerade till både partiklarna och plattan. När en biomarkörmolekyl fäster sig till både en vickande partikel och på plattan, partikeln blir plötsligt fäst, vilket kraftigt minskar dess rörlighet — tills biomarkören släpps igen.

Partiklarnas rörlighet, som är kopplade till det genomskinliga glaset, kunde lätt observeras av forskarna med ljus. De har gett sin teknologi namnet BPM:Biomarker monitoring based on sensing of Particle Mobility. Varje gång en vickande partikel plötsligt rör sig mindre, och sedan mer, en biomarkörmolekyl har observerats. Antalet dessa händelser per minut avslöjar koncentrationen av biomarkören i vätskan med en hög grad av känslighet.

Det fina med BPM -sensortekniken är att den har digital precision, och att både ökningar och minskningar av biomarkörkoncentration över tid kan övervakas. Tekniken har nu demonstrerats för övervakning av protein och DNA. Tekniken är allmänt användbar, eftersom lämpliga adhesionsmolekyler finns tillgängliga för nästan alla biomarkörer.

Denna flexibilitet, kombinerat med teknikens känslighet och förväntade miniatyrisering, innebär att Prins och hans forskarkollegor har höga förväntningar på framtiden på sin teknik. "Vi räknar med att en helt ny klass av sensorer för övervakning av biomarkörer kommer att växa fram ur detta, säger professorn, så han skapar en start-up som kommer att utveckla praktiska sensorer och applikationer. En av möjligheterna är att koppla en sensor till en kateter med vilken patienter på operationssalen eller på intensivvårdsavdelningen kan övervakas noggrant. Förutom medicinska tillämpningar, Prins tror också att det finns möjligheter att övervaka biomolekyler i industriella processer och vattenrening.