Ett team av Empa-forskare har utvecklat en biosensor som gör att de kan upptäcka förhöjda koncentrationer av koppar i en enkel, snabbt och ekonomiskt sätt. Koppar, som andra tungmetaller är problematisk i höga koncentrationer, både för miljön och för människors hälsa.

Det är ingen hemlighet att tungmetaller som koppar är farliga ämnen som kan få allvarliga konsekvenser för både vår miljö och för människors hälsa. Leverskada, Alzheimers sjukdom och även cancer har alla förknippats med höga halter av koppar. Trots detta, koncentrationen av tungmetaller är ofta mycket hög, både i atmosfären och i vattenkällor, särskilt i vissa utvecklingsländer.

För att upptäcka en för hög dos av tungmetaller så tidigt som möjligt, och därmed undvika de resulterande hälsoproblemen, mycket känsliga analyser av prover som blod är väsentliga. Men dessa tester är ofta dyra och tidskrävande, kräver en lämplig nivå av laboratorieinfrastruktur. I utvecklingsländer – där exponeringen för tungmetaller är som störst – utgör detta ofta ett problem.

Ett protein med svaghet för koppar

Empa-doktoranden Ramon Weishaupt har studerat ett mer ekonomiskt och snabbare sätt att mäta kopparhalter. För att göra detta kombinerade han ett rött fluorescerande protein som heter c-phycocyanin (som spelar en roll i fotosyntesen av cyanobakterier och binder till kopparjoner även vid mycket låga koncentrationer) med en nanocellulosamatris för att skapa en tunn film. När kopparjoner binder till bakterieproteinet blir den fluorescerande emissionen svagare, och denna förändring kan snabbt och enkelt mätas med en spektrometer. Basmaterialet, mikrofibrillerad cellulosa, härstammar också från Empas labb:det mycket mångsidiga fibrösa materialet tillverkat av förnybara råvaror utvecklades vid Laboratory for Applied Wood Materials.

Forskarna har testat den nya tekniken, som de har döpt till CySense, på blodprover, bland andra. "En droppe blod är tillräckligt för att metoden ska upptäcka en koncentration av koppar som är relevant för människors hälsa", förklarar, Greta Faccio, Empa-forskare. CySense kan produceras ekonomiskt, är lätt att använda och är snabb och exakt. Dessutom, om biosensorn tvättas ren med speciella kemikalier och vatten, den kan användas om och om igen under en veckas period.

Lika enkelt som att mäta blodsocker

Teamets resultat, som presenteras i en artikel publicerad i den vetenskapliga tidskriften Avancerade funktionella material , öppna nya vägar inom området för tungmetallanalys. Vatten- och jordprover kan utvärderas på plats, till exempel, sparar både kostnader och tid. Eller drabbade användare kan övervaka kopparnivåerna i sitt eget blod, använder CySense-tekniken och en avläsningsenhet som liknar en blodsockermätare, på så sätt undanröja behovet av stora, dyra instrument och högutbildad personal. "Även om CySense fortfarande är en prototyp, när det väl har implementerats som ett säljbart system kan det bidra till att förbättra hälsan för ett stort antal människor, " förutspår Greta Faccio.