EPFL-forskare har utvecklat nya nanorörsbiosensorer med hjälp av syntetisk biologi, vilket förbättrar deras avkänningsförmåga i komplexa biovätskor, som blod och urin. Studien publiceras i Journal of Physical Chemistry Letters .

Biosensorer är enheter som kan detektera biologiska molekyler i luft, vatten, eller blod. De används ofta i läkemedelsutveckling, medicinsk diagnostik, och biologisk forskning. Det växande behovet av kontinuerliga, realtidsövervakning av biomarkörer i sjukdomar som diabetes driver för närvarande på ansträngningarna att utveckla effektiva och bärbara biosensorenheter.

Några av de mest lovande optiska biosensorerna som för närvarande utvecklas är tillverkade med enkelväggiga kolnanorör. Kolnanorörens emission av nära infrarött ljus ligger inom det optiska transparensfönstret för biologiska material. Det betyder vatten, blod, och vävnader som hud absorberar inte det utsända ljuset, vilket gör dessa biosensorer idealiska för implanterbara avkänningsapplikationer. Dessa sensorer kan alltså placeras under huden och den optiska signalen kan fortfarande detekteras utan att elektriska kontakter behöver tränga igenom ytan.

Dock, närvaron av salter i biovätskor skapar en genomgripande utmaning vid utformningen av de implanterbara enheterna. Fluktuationer i saltkoncentrationer som naturligt förekommer i kroppen har visat sig påverka känsligheten och selektiviteten hos optiska sensorer baserade på enkelväggiga kolnanorör omslagna med enkelsträngat DNA.

För att övervinna några av dessa utmaningar, ett team av forskare från labbet av Ardemis Boghossianat EPFL konstruerade stabila optiska nanorörssensorer med hjälp av syntetisk biologi. Användningen av syntetisk biologi ger ökad stabilitet till de optiska biosensorerna, vilket gör dem mer lämpade för användning i biosensorapplikationer i komplexa vätskor som blod eller urin och även inuti människokroppen.

"Vad vi gjorde var att linda in nanorör med "xeno"-nukleinsyror (XNA), eller syntetiskt DNA som kan tolerera variationen i saltkoncentrationer som våra kroppar genomgår naturligt, att leverera en mer stabil signal, " säger Ardemis Boghossian. Alice Gillen, tidningens huvudförfattare, ledde arbetet med att studera hur vissa salter påverkar biosensorernas optiska emission.

Studien täcker varierande jonkoncentrationer inom de fysiologiska intervall som finns i vanliga biovätskor. Genom att övervaka både intensiteten av nanorörens signal och förskjutning av signalens våglängd, forskarna kunde verifiera att de biotekniska sensorerna visade större stabilitet över ett större intervall av saltkoncentrationer än de DNA-sensorer som traditionellt används inom fältet.

"Detta är verkligen första gången en sann syntetisk biologisk metod används inom nanorörsoptik, " säger Boghossian. "Vi tycker att dessa resultat är uppmuntrande för utvecklingen av nästa generation av optiska biosensorer som är mer lovande för implanterbara avkänningstillämpningar som kontinuerlig övervakning."