(PhysOrg.com) -- En snabb, ett billigt och mycket känsligt test som identifierar sjukdomsmarkörer eller andra molekyler i lågkoncentrationslösningar kan vara resultatet av en Cornell-utvecklad nanomekanisk biosensor, som potentiellt kan hjälpa till att upptäcka sjukdomar i ett tidigt skede.

Biosensorn, baserat på en fotonisk kristall nanotrådarray, utvecklades av Yuerui Lu, en doktorand i Amit Lals labb, professor i elektro- och datateknik. Deras forskning publicerades online den 6 december i tidskriften Naturkommunikation.

Sensorns funktion bekräftades i samarbete med Dan Luo, professor i biologisk och miljöteknik, och hans doktorand Songming Peng.

Den experimentella enheten är en mekanisk resonator 50 mikron i diameter gjord av ett tunt kisel-kiseldioxidmembran med beställda, tätt packade vertikala nanotrådar ovanpå. Designen uppnår ett högt yta-till-volymförhållande för biomolekyldetektion, vilket innebär att den kan upptäcka molekyler i mycket låga - ner till femtomolära - koncentrationer. Sensorn kan vara användbar, till exempel, för att hitta några få molekyler i ett glas vatten.

Sensorn fungerar genom att fästa enkelsträngade sond-DNA-molekyler på nanotrådarna. När dessa molekyler kommer i kontakt med ett mål-enkelsträngat DNA, de relevanta molekylerna binder samman, ändra massan som detekteras av enheten. Massförändringen orsakar en förändring av enhetens resonansfrekvens.

En laserstråle lyser på enheten, och nanotrådarnas innovativa design möjliggör mer än 90 procents absorption av ljuset, vilket resulterar i en effektiv opto-termo-mekanisk excitation av resonatorn. En optisk avläsning av resonansfrekvensändringen kan utföras på distans, snabbt och fritt från elektriska ledningar, gör enheten bekväm och billig att tillverka, sa forskarna.

Lal sa att han föreställer sig att läkare kan använda en sådan enhet i klinisk analys, till exempel, i DNA-tester. Typiskt idag, DNA i uttaget blod jämförs med en standardsekvens.

Den nya enheten skulle istället kunna kodas med särskilda DNA-sekvenser av relevans, och de specifika molekylerna kan detekteras i tidiga stadier när koncentrationerna är låga.

"Du kan ha en patron med en rad membransensorer, och du kan snabbt skanna för att se vilken DNA-fel du kan ha, "Dagens tester tar tid och är dyra."

Sådana sensorer kan också vara användbara för miljötillämpningar, såsom övervakning av vattenkvaliteten. Forskarna hoppas kunna förbättra sin enhet genom att göra den känslig för vissa proteinmolekyler, som är knepigare eftersom de inte binder lika specifikt som DNA-molekyler gör.