En ultrakänslig biosensor gjord av undermaterialet grafen har använts för att upptäcka molekyler som indikerar en ökad risk att utveckla cancer.

Biosensorn har visat sig vara mer än fem gånger känsligare än bioanalys tester som för närvarande används, och kunde ge resultat på några minuter, öppnar möjligheten till en snabb, punkt-av-vård diagnostiskt verktyg för patienter.

Biosensorn har presenterats idag, 19 september, i IOP Publishing's journal 2D -material .

För att utveckla en livskraftig bionsensor, forskarna, från University of Swansea, var tvungen att skapa mönstrade grafenanordningar med ett stort substratområde, vilket inte var möjligt med den traditionella peelingtekniken där lager av grafen avlägsnas från grafit.

Istället, de odlade grafen på ett kiselkarbidsubstrat under extremt höga temperaturer och lågt tryck för att ligga till grund för biosensorn. Forskarna mönstrade sedan grafenanordningar, med hjälp av halvledarteknik, innan ett antal bioreceptormolekyler fästs till grafenenheterna. Dessa receptorer kunde binda till, eller mål, en specifik molekyl som finns i blodet, saliv eller urin.

Molekylen, 8-hydroxidoxyguanosin (8-OHdG), produceras när DNA är skadat och, i förhöjda nivåer, har kopplats till en ökad risk att utveckla flera cancerformer. Dock, 8-OHdG förekommer vanligtvis vid mycket låga koncentrationer i urinen, så det är mycket svårt att upptäcka med konventionella detektionsanalyser, känd som enzymkopplade immunobsorbantanalyser (ELISA).

I deras studie, forskarna använde röntgenfotoelektronspektroskopi och Raman-spektroskopi för att bekräfta att bioreceptormolekylerna hade fästs vid grafens biosensor när de en gång tillverkades, och utsatte sedan biosensorn för ett antal koncentrationer av 8-OHdG.

När 8-OHdG fästs till bioreceptormolekylerna på sensorn, det var en märkbar skillnad i grafenkanalresistensen, som forskarna kunde spela in.

Resultaten visade att grafensensorn kunde detektera 8-OHdG-koncentrationer så låga som 0,1 ng ml-1, vilket är nästan fem gånger mer känsligt jämfört med ELISA. Grafens biosensor var också betydligt snabbare att upptäcka målmolekylerna, slutföra analysen på några minuter.

Går vidare, forskarna lyfter fram biosensors potential att diagnostisera och övervaka en rad olika sjukdomar eftersom det är ganska enkelt att ersätta de specifika receptormolekylerna på grafenytan.

Medförfattare till studien Dr Owen Guy sa:"Graphene har fantastiska elektroniska transportegenskaper och har ett i sig högt förhållande mellan yta och volym, vilket gör det till ett idealiskt material för tillverkning av biosensorer.

Nu när vi har skapat den första proof-of-concept biosensorn med epitaxial grafen, vi kommer att undersöka en rad olika biomarkörer som är associerade med olika sjukdomar och tillstånd, samt upptäcka ett antal olika biomarkörer på samma chip. "