Ett kluster av kolnanorör belagda med ett tunt lager av proteinigenkännande polymer bildar en biosensor som kan använda elektrokemiska signaler för att detektera små mängder proteiner, som skulle kunna tillhandahålla ett avgörande nytt diagnostiskt verktyg för att upptäcka en rad sjukdomar, ett team av Boston College-forskare rapporterar i tidskriften Naturens nanoteknik.
Nanorörsbiosensorn visade sig kunna detektera mänskligt ferritin, det primära järnlagrande proteinet i celler, och E7 -onkoprotein härrörande från humant papillomvirus. Ytterligare tester med calmodulin visade att sensorn kunde skilja mellan varianter av proteinet som tar olika former, enligt det tvärvetenskapliga teamet av biologer, kemister och fysiker.
Molekylära präglingstekniker har visat att polymerstrukturer kan användas i utvecklingen av sensorer som kan känna igen vissa organiska föreningar, men att känna igen proteiner har inneburit en svår uppsättning utmaningar. BC-teamet använde uppsättningar av trådliknande nanorör - ungefär en 300:e storleken på ett människohår - belagda med en icke-ledande polymerbeläggning som kan känna igen proteiner med subpikogram per liter känslighet.
Centralt för sensorns funktion är avtryck av proteinmolekylerna i den icke-ledande polymerbeläggningen. Eftersom avtrycken minskar tjockleken på beläggningen, dessa områden av polymeren registrerar en lägre impedansnivå än resten av polymerisolatorn när de kommer i kontakt med laddningarna som är inneboende i proteinerna och en joniserad saltlösning. När en proteinmolekyl faller in i sin spegelbild, det fyller tomrummet i isolatorn, låter nanorören registrera en motsvarande förändring i impedans, signalera närvaron av proteinet, enligt medförfattaren Dong Cai, en forskarprofessor i biologi vid BC.
Detekteringen kan avläsas i realtid, istället för efter dagar eller veckor av laboratorieanalys, vilket betyder att den molekylära präglingstekniken för nanorör kan bana väg för biosensorer som kan upptäcka humant papillomvirus eller andra virus veckor tidigare än vad tillgängliga diagnostiska tekniker för närvarande tillåter. I motsats till att söka efter HPV-antikroppen eller cellmedierade imminsvar efter initial infektion, nanorörssensorn kan spåra HPV-proteinet direkt. Dessutom, ingen kemisk markör krävs av de lekfria elektrokemiska detektionsmetoderna.
"I fallet med vissa sjukdomar, ingen kan vara säker på varför någon är sjuk, ", sa Cai. "Allt som kan vara känt är att det kan vara ett virus. Vid den tiden, patienten kanske inte har detekterbara serumantikroppar. Så vid en tidpunkt då det är avgörande att få en diagnos, det kanske inte finns några spår av viruset. Du har i princip tappat din chans. Nu kan vi upptäcka ytproteiner från själva viruset genom molekylär prägling och göra analysen."
