Ett koreansk forskargrupp utvecklade framgångsrikt en proprietär biosensorteknologi med betydligt förbättrad molekylär känslighet med hjälp av det artificiella lipidmembranet som efterliknar cellmembranet. Forskargruppen som leds av Dr. Yong-Sang Ryu från Brain Science Institute och Dr. Chul Ki Kim från Sensor System Research Center, i samarbete med forskargruppen som leds av professor Dong June Ahn från Institutionen för kemisk och biologisk teknik vid Korea University, utvecklat en teknik för att förbättra molekylär detekterbarhet över den potentiometriska fälteffekttransistorns (FET) yta via jongenomsläpplighet över lipidmembranet.

Det har varit något utmanande att kommersialisera den FET-baserade molekylära detekteringstekniken, en sensorteknik som använder elektriska signaler, trots dess fördelar med att upptäcka olika molekyler som virus, proteiner, och DNA. Detta beror huvudsakligen på de ultratunna detektionsområdena för molekylär detektion under hög koncentration av joner eller elektrisk laddning av analytlösningen.

Till exempel, i en droppe blod, det effektiva intervallet från vilket molekyler kan detekteras över den potentiometriska sensorsonden är cirka 1 nm, som är tunnare än molekylen som ska detekteras och analyseras; därför, det är svårt att upptäcka den elektriska signalen, även om molekylen kommer i kontakt med avkänningssonden. För att övervinna detta hinder, forskare har testat strategier, inklusive utspädning av analytlösningen upp till 100, 000-faldigt för att förbättra molekylär detektion; dock, dessa strategier har inte varit framgångsrika.

Därför, forskargruppen föreslog användning av modellmembranet för att övervinna detta hinder. Människans cellulära membran styr inte bara jonkoncentrationen i den inre och yttre miljön, men förhindrar också att en hög koncentration av joner kommer in i cellen. Teamet fokuserade således på denna specifika egenskap hos det cellulära membranliknande systemet. Efter upprepade tester för applicering av cellmembranet på ytan av det FET-baserade molekylära detekteringschipet, det bekräftades att molekyldetektering är tillgänglig utan ytterligare förbehandling, även i en jonlösning med hög koncentration.

Med denna nya teknik, känd som "membranbelagd-FET (lipid-FET), "Molekyler suspenderade i högjonisk koncentrerad lösning vid mängden mänskligt blod kan detekteras med högre känslighet jämfört med den för den befintliga sensorn, och spädning av lösningen upp till 100, 000-faldigt krävs inte. Detta bekräftades vara det högsta resultatet bland alla FET som rapporterats hittills globalt. Forskargruppen förväntar sig att denna teknik kan användas för att diagnostisera olika sjukdomar relaterade frågor som demensrelaterade proteiner, men det är också en plattformsteknik med omfattande tillämpning som biosensorer inom olika områden, inklusive medicin, sjukvård, och miljön för att upptäcka virusinfektioner och mikroplast.

Dr Yong-Sang Ryu från KIST beskrev forskningsresultaten som "molekyldetektering via lipid-FET med jonisk kontrast över membranet kan direkt appliceras på alla befintliga potentiometriska sensorplattformar som använder ett elektriskt fält för att detektera molekyler."

Dr Chul Ki Kim från KIST sa:"Studier för att tillämpa tekniken på olika forskningsområden, till exempel sjukdomar som är kända för att orsakas av muterade proteiner fästa vid cellmembran som Alzheimers sjukdom, Parkinsons sjukdom, och diabetes, och teknik för att snabbt och exakt upptäcka ett extremt litet antal smittsamma virus som COVID-19 och influensa bedrivs parallellt. "

Forskningsresultatet har publicerats i det senaste numret av Naturkommunikation .