Mekanism för att generera nanostrukturerade och nanoporösa guldytor baserat på den föredragna etsningen och avsättningen av substratet med användning av ett ytaktivt ämne som bildar miceller i lösning, natriumklorid och ett guldsalt. Genom att applicera elektriska pulser, först adsorberas klorid på ytan, sedan etsas guld bort men fångas upp av de ytaktiva micellerna. Slutligen återavsätts det på substratet och växer fram nanostrukturerna i processen. Längst ner visar svepelektronmikrofotografier bildandet av nanostrukturer och nanoporer på ytan under hela processen. Kredit:Institutet för grundvetenskap
Biomarkörer är komponenter som kan finnas i biologiska prover och är relaterade till specifika sjukdomar. Därför kan läkare analysera biologiska prover från en patient för att kontrollera deras hälsotillstånd eller för att övervaka framstegen i en specifik terapi. Vanligtvis måste dessa prover renas och spädas före analysen, och nuvarande medicinska diagnostiska tekniker förlitar sig på sjukvårdsinrättningar och laboratorier för dessa rutinanalyser. Detta är en lång process som kräver utbildad personal och dyr instrumentering för att extrahera, transportera, lagra, bearbeta och analysera proverna på centraliserade platser. Dessutom, under en period av global kris som den pågående pandemin, kan trycket från tusentals analysförfrågningar mätta och kollapsa sjukvårdssystemet.
Å andra sidan kan point-of-care-enheter, som är små automatiserade instrument, utföra diagnostik på decentraliserade platser och kan ge snabba svar. Ett exempel på en sådan apparat är glukosmätaren som personer med diabetes använder för att övervaka sina sockernivåer i blodet. Dessa enheter kan övervinna de inneboende begränsningarna med att behöva bearbeta ett prov genom ett centraliserat system, vilket ger vem som helst möjlighet att övervaka sin hälsa hemifrån, helt enkelt med hjälp av ett litet blodprov extraherat med ett fingerstick.
Utvecklingen av dessa enheter har dock belastats av de tekniska utmaningarna i samband med mätning av biologiska prover. Biomarkörer för vissa sjukdomar och infektioner finns endast i proverna i mycket små mängder, vilket i sin tur medför utmaningen att utveckla extremt känsliga detektionstekniker. Även om en ökning av biosensorns yta kan öka instrumentets känslighet, tenderar dessa ytor att snabbt täppas till och förorenas, vilket gör dem oanvändbara.
För detta ändamål har teamet under ledning av professor CHO, Yoon-Kyoung vid Center for Soft and Living Matter inom Institute for Basic Science (IBS) i Ulsan, Sydkorea, nyligen utvecklat en biosensor som använder en metod för att generera nanostrukturerade och nanoporösa ytor. Denna kombinerade strategi ger inte bara sensorn en oöverträffad känslighet utan gör den också motståndskraftig mot nedsmutsning av proteiner.
Medan det tidigare inte funnits någon känd metod för att tillförlitligt skapa elektroder med sådana nanostrukturerade och nanoporösa substrat, rapporterade teamet en enkel metod för att generera sådana material. Mekanismen är baserad på applicering av elektriska pulser på en plan guldyta i närvaro av natriumklorid och ett ytaktivt ämne som kan bilda miceller i lösning. Dessa elektriska pulser driver en föredragen reaktion för att etsa och återavsätta guld från ytan och, i sin tur, odlar nanostrukturer och bildar nanoporerna. Användningen av ytaktiva ämnen i form av miceller är avgörande för framgången med denna strategi eftersom det förhindrar att materialet som etsas från att diffundera bort under processen, så att det kan återavsättas.
Bildandet av dessa nanostrukturer gav en stor yta vilket var fördelaktigt för att öka känsligheten hos analyserna, medan bildandet av nanoporsubstrat var idealiskt för att förhindra kontaminering från de biologiska proverna. Både nanostrukturerna och nanoporernas kombinerade fördelar var nyckeln till framgången för denna strategi, som kunde tillämpas för direkt analys av kliniska plasmaprover.
Forskarna demonstrerade ytterligare denna nya teknik genom att bygga en biosensor för upptäckt av prostatacancer. Elektroden var tillräckligt känslig för att skilja mellan en grupp av prostatacancer och friska donatorer med endast en liten mängd blodplasma eller urinprov. Inga utspädnings- eller förbearbetningssteg användes, vilket innebär att tekniken lätt kan användas för att diagnostisera cancer på vårdplatsen.
Professor Cho uttalade att "vi tror att denna teknik är avgörande för den framtida utvecklingen av point-of-care-enheter och diagnostiska tester som fungerar med biologiska prover. Förmågan att detektera låga koncentrationer av relevanta biomarkörer med robust prestanda öppnar en dörr till möjligheter i området diagnostik för cancer, patogener och andra sjukdomar."
Resultaten av denna forskning har publicerats i Advanced Materials den 17 maj 2022 och tillhörande illustration valdes ut för frontispicen i det aktuella numret. + Utforska vidare
