Östrogen är en liten molekyl, men det kan ha stora effekter på människor och andra djur. Östrogen är ett av de viktigaste hormonerna som reglerar det kvinnliga reproduktionssystemet - det kan övervakas för att spåra mänsklig fertilitet och administreras ibland till boskap som kor och får för att kontrollera reproduktionscykeln.
Forskare från Victoria University of Wellington, i Nya Zeeland har utvecklat en ny sensor som kan detektera låga nivåer av E2, ett av de primära östrogenhormonerna, i vätskor. Sensorn skickar en elektronisk signal är närvaron av östrogen och, med vidareutveckling, kan testa östrogennivåer i kroppsvätskor eller testa vattenvägar för östrogenförorening som kan utgöra en risk för människor och miljön.
Sensorn, som forskarna beskriver i en artikel i Journal of Vacuum Science and Technology B , har en enkel design, ger avläsningar i realtid, skulle kunna integreras i ett elektroniskt övervakningssystem och drar mycket lite ström - fördelar det har jämfört med andra typer av detektionsmetoder.
Enheterna använder små bitar av DNA som kallas aptamerer för att fästa på östrogenmolekyler.
"Aptamers är ett potentiellt kraftfullt verktyg för sensorer eftersom de är så mångsidiga och selektiva, " sa Natalie Plank, en forskare som studerar tillverkning av nanomaterialenheter vid Victoria University of Wellington.
Aptamerer utvecklas genom en process som liknar naturligt urval. Från en mångsidig startpopulation av olika DNA- eller RNA-nukleotidsekvenser, de som binder bäst till målmolekylen är selektivt berikade, och processen upprepas över flera "generationer".
De östrogenbindande aptamererna som Plank och hennes kollegor använde utvecklades först av Ken McNatty, en professor i reproduktionsbiologi vid Victoria University of Wellington. När den lämpliga sekvensen av nukleotider är känd, aptamererna kan enkelt genereras.
Plank och hennes team fäste sina östrogenbindande aptamerer till den andra viktiga delen av sin enhet:kolnanorörs tunnfilmsfälteffekttransistorn (CNT FET). CNT FET:er fungerar som traditionella transistorer, men använd kolnanorör istället för kisel.
När forskarna fäste aptamererna till kolnanorören, de testade enheterna i en buffert som särskilt valts eftersom den har liknande egenskaper som biologiska vätskor. Teamet testade två olika östrogenbindande aptamerer:en som var 35 enheter lång och en annan som var 75 enheter lång. De fann att i närvaro av östrogen producerade den korta aptameranordningen en elektrisk signal, medan den långa aptamer-enheten inte gjorde det.
Forskarna tror att detta beror på egenskaperna hos buffertlösningen de använde. När bufferten placeras ovanpå CNT FET, spänningen över enheten gör att molekylerna i bufferten arrangeras i ett elektriskt stabilt dubbelskikt ovanför transistorn. Östrogenmolekyler som fångas upp av den korta aptameren stör detta lager, vilket i sin tur ändrar strömmen genom enheten. Östrogenmolekyler som fångas av den längre aptameren hålls sannolikt ovanför dubbelskiktet, och skapar därför inte den elektriska signalen.
Plank noterar att om vatten användes i enheten, istället för den biologiskt liknande bufferten, den långa aptameren kan också producera en signal eftersom det elektriskt känsliga lagret skulle vara tjockare.
Framöver planerar gruppen att testa enheten i en mer komplex uppsättning, till exempel med en verklig biologisk vätska som urin som har många lösta komponenter. Och forskarna kanske inte begränsar sig till östrogendetektering. Det fina med aptamer plus CNT FET-sensorer är att aptamererna enkelt kan ersättas med nya som riktar sig mot en annan molekyl, sa Plank. "Det är ett väldigt mångsidigt sätt att bygga en sensor, " noterade hon.
