Vissa lovande biosensorer och medicinsk utrustning fungerar bra i orörda laboratoriemiljöer. Dock, de tenderar att sluta arbeta för att leverera medicinsk behandling eller övervaka kroniska hälsoproblem när de väl exponerats för de verkliga förhållandena av komplexa biologiska vätskor.

Ett tjockt lager av föroreningar kommer snabbt att täcka biosensorer, och det finns inget bra sätt att återuppliva dem när de väl har slutat arbeta. Väsentligen, en biosensor är bara så bra som dess antifouling-egenskaper.

I APL-material , Aleksandr Noy och Xi Chen, av Lawrence Livermore National Laboratory, granska en mängd olika metoder som utvecklats för att bekämpa nedsmutsning. Dessa tillvägagångssätt omfattar fysiska barriärer, kemiska behandlingar, nonstickytor, och selektiva membranliknande beläggningar som bildar "portar" för att endast tillåta vissa arter att nå en sensors arbetsyta.

"Det finns ett helt universum av mycket smarta och ganska effektiva metoder för att skydda biosensorer från nedsmutsning, ", sa Noy. "Forskare har sitt val av den teknik de kan skräddarsy till den speciella typ av sensor de vill designa."

Men trots alla dessa framsteg, Noy och Chen påpekar att nedsmutsning fortfarande är ett envist problem som fortfarande kan förstöra en bra biosensor.

"Ytterligare utveckling behövs för att öka vår arsenal av robusta antifouling-skyddsmetoder, sa Noy.

Nedsmutsning sker i en process i fyra steg. Först, ytor blir omedelbart belagda med ett litet lager av molekyler. Andra, detta lager täcks med huvudlagret av nedsmutsning. Tredje, den nedsmutsade ytan börjar växa biofilmer. Fjärde, biofilmen utvecklas till makropåväxt, vilket vanligtvis inträffar inom dagar eller veckor.

Målet är att undertrycka den initiala bindningen av molekyler, eftersom det är otroligt svårt att ta bort biofilmer när de väl bildats.

Ett exempel på antifouling-skydd, baserat på Noys eget arbete, är en pH-sensor med nanotrådstransistorer av kisel som skyddas av ett fosfolipidmembran med kolnanorörporer inbäddade i membranet.

"Silicon nanotrådar är eleganta, små, och effektiva pH-sensorer som ger en enkel elektrisk signal som moduleras av lösningens pH, " sa han. "Tyvärr, Varje gång de kommer i kontakt med ett verkligt biologiskt medium smutsar de ihop och upphör att fungera."

För att komma runt detta, hans tillvägagångssätt täcker sensorerna med ett lipidmembran för att ge en mycket robust skyddsbarriär för proteinpåväxt.

"För att tillåta protoner att passera genom denna barriär, vi bäddade in små kolnanorörporer i membranet, "Noy sa. "Dessa porer råkar vara den mest effektiva protonledande kanalen som är känd, så de ger en idealisk kanal för att skjuta protoner över skyddsbarriären."

Sensorer skyddade på detta sätt "kan motstå tre dagars exponering för proteinlösningar, mjölk, och även blodplasma och fortfarande mäter pH ganska bra, " han sa.