Den elektrospinnande enzymsträngen gjordes med enzym- och koenzyminnehållande vattenlöslig polymerlösning (överst). Det tillverkade elektrospinningsnätet för fluorometriska enzymsträngar (eFES) sattes på fluorescensbildsystem utan förbehandling (nedre till vänster). Bilderna och numeriska värden för enzymreaktionshastigheten vid applicering av etanolånga på eFES-nätet (nedre till höger). Bilden återanvänds med tillstånd av Elsevier. Kredit:Department of Biomedical Devices and Instrumentation, TMDU
Forskare från Tokyo Medical and Dental University (TMDU) introducerar en enkel metod för att tillverka biosensorer gjorda av elektrospunna polymerer. Genom att bädda in enzymer inuti polymersträngen fungerade enzymerna även i torrt tillstånd. Dessa biosensorer kan användas för att screena vissa sjukdomar, samt för att övervaka miljöer för specifika kemiska föreningar i luften.
Enzymer är biologiska katalysatorer som tillåter många kemiska reaktioner som är avgörande för livet att utvecklas mycket snabbare än de normalt skulle göra. En av de anmärkningsvärda egenskaperna hos vissa enzymer är deras starka specificitet, där reaktionen kommer att fungera med vissa målmolekyler, men inte med ens mycket liknande. Forskare har länge vetat att dessa egenskaper kan användas för att skapa mycket känsliga och exakta biosensorer för specifika ämnen, inklusive de som är associerade med sjukdomen. De flesta konventionella biosensorer kräver dock att enzymet hålls i vått tillstånd så att de inte denatureras och förlorar sin förmåga att katalysera reaktioner.
Nu har ett samarbetsteam av forskare från TMDU och Waseda University ledd av professorerna Kohji Mitsubayashi och Naoya Takeda skapat en icke-invasiv biosensor för flyktiga organiska föreningar i form av ett fast nät. En lösning av polyvinylalkohol kombinerades först med enzymet alkoholdehydrogenas och koenzymet nikotinamidadenin. Blandningen tvingades genom ett munstycke vid hög spänning. Tunna fibrer av polymer ansamlades på uppsamlingsplattan, med enzymet inbäddat inuti, tills ett fast nät erhölls. Närvaron av etanolånga kunde detekteras baserat på en signifikant ökning av fluorescerande aktivitet.
"Vi fann att immobilisering av enzymerna inuti nätet bevarade deras aktivitet, även under omgivande förhållanden", säger författaren Misa Nakaya. Forskarna utförde tester för att bestämma de optimala pH-förhållandena och utvärderade sambandet mellan fluorescensintensitet och den använda etanolmängden. De fann också att biosensorns fluorescens inte utlöstes när den exponerades för andra flyktiga föreningar, såsom aceton eller metanol, så specificiteten bibehölls.
"Vår biosensor i torr form för att upptäcka kemikalier i luften kommer att ha en mycket bättre chans att få en bred kommersiell användning på grund av dess lätthet att tillverka", säger författaren Kohji Mitsubayashi. Att ha kapacitet att producera solida biosensorer snabbt och billigt kan möjliggöra nya point-of-care diagnostik och miljöövervakningssystem för användning i fält.
Forskningen publiceras i Biosensors and Bioelectronics . + Utforska vidare
