Ett nytt koncept för en biosensor av metaboliten laktat kombinerar en elektrontransporterande polymer med laktatoxidas, vilket är enzymet som specifikt katalyserar oxidationen av laktat. Laktat är förknippat med kritiska medicinska tillstånd, så dess upptäckt är viktigt för vården.

Biosensors prestanda beror på elektronöverföring mellan avkänningselektroden och enzymet. Detta ökar när det finns en minskning av avståndet mellan enzymaktiva platser och elektrodytan. Redoxenzymer har framträtt som optimala komponenter för biosensorer eftersom deras förmåga att realisera elektronöverföring kompletterar deras specificitet i målbindning och katalytisk aktivitet.

Typiska ansträngningar för att uppnå god elektrisk kommunikation innefattar invecklade elektrodmodifieringar och ytterligare mediatorer, vilka är redoxaktiva molekyler som driver elektroner mellan elektrod och enzym. Därför, biosensorer hittills har varit begränsade när det gäller deras målmetaboliter och miljöer. Detta har försvårat deras användning för applikationer inom olika områden som bioteknik, lantbruk, och biomedicin. Istället, deras huvudsakliga användning har begränsats till in vitro elektrokemiska biosensorer för glukosövervakning hos diabetespatienter.

För att fylla detta gap, Sahika Inal från KAUST och medarbetare från Imperial College London och University of Cambridge, STORBRITANNIEN, har utvecklat en biosensor som kan anpassas i en transistorkonfiguration i mikronskala för att detektera eventuell metabolit av intresse.

I hjärtat av proof-of-concept-enheten, forskarna har konjugerat laktatoxidas med en så kallad organisk elektrokemisk transistorpolymer. Denna elektrontransporterande polymer fungerar samtidigt som en effektiv omkopplare och en kraftfull signalförstärkare:den kan acceptera elektroner från den enzymatiska reaktionen och genomgå flera reduktionsreaktioner genom flera redoxaktiva platser.

Denna polymer har också hydrofila sidokedjor som underlättar intramolekylära interaktioner med laktatoxidas, som för enzymet nära det transducerande materialet. Detta främjar elektrisk kommunikation och följaktligen, förbättrar polymerkänsligheten mot laktat. Dessa polymer-enzyminteraktioner undviker också att modifiera elektrodytan och användning av en medlare, "vilket förenklar tillverkning av enheter, "förklarar Inal. Hon tillägger att till skillnad från tidigare biosensorer, enheten kräver ingen referenselektrod, vilket ger designflexibilitet.

"Vår största utmaning var att identifiera rätt material för denna sensor, "säger Inal. Efter detta första hinder, hennes team stötte på problem när de tolkade biosensorsvaret. "Den här enheten överraskade oss med sin höga effektivitet, " hon säger.

Inals team på KAUST arbetar för närvarande med en design som ska detektera metaboliter i olika miljöer. "En uppenbar applikation för detta system är en laktatsensor på en chip, "tillägger hon. En sådan sensor skulle vara särskilt användbar i bärbara laktatövervakningsenheter. Dessutom, detta nya system öppnar också nya alternativ för hur enzymer kan utnyttjas för att generera och lagra energi.

Studien publiceras i Vetenskapliga framsteg .