Universitair hoofddocent Kazuhiro Takahashi en assistent-professor Yong-Joon Choi van het Department of Electrical and Electronic Information Engineering aan de Toyohashi University of Technology hebben een chip ontwikkeld die antigenen kan detecteren met één deel per quadriljoen molmassa. De chip is gemaakt met behulp van halfgeleider-microbewerkingstechnologie. Antigenen afgeleid van ziekten en aanwezig in bloed en speeksel werden gehecht op het oppervlak van een flexibel vervormbare nanosheet. De hoeveelheid kracht die tijdens de interactie tussen aangehechte antigenen werd gegenereerd, werd vervolgens omgezet in informatie over de vervorming van nanobladen om specifieke antigenen met succes te detecteren. Gemaakt met halfgeleidertechnologie machinaal bewerkt op millimeterschaal, deze sensorchip zal naar verwachting bijdragen aan telegeneeskunde door te functioneren als een IoT-biosensor waarmee antigeen- en antilichaamtests vanuit huis kunnen worden uitgevoerd.

Het meetapparaat detecteert eenvoudig en snel ziekten met een minuscule hoeveelheid bloed, urine, speeksel, of andere lichaamsvloeistoffen, en zal een essentieel hulpmiddel zijn voor het nauwkeurig diagnosticeren van ziekten, het verifiëren van behandelresultaten, en controleren op recidieven en metastasen. Er wordt onderzoek gedaan naar een biosensor die behandelresultaten en pathologische reacties kan meten door het detecteren van DNA, RNA en eiwitten in een dergelijke vloeistof. Deze technologie heeft recentelijk over de hele wereld belangstelling gewekt, met antigeen- en antilichaamdetectie die veel wordt gebruikt om de aanwezigheid van nieuwe coronavirusinfecties te detecteren en te bepalen. Verder, onder COVID-19-patiënten, rapporten suggereren dat patiënten met ernstige symptomen verschillen vertonen in meerdere eiwitconcentraties in het bloed in vergelijking met patiënten met milde symptomen. Door dergelijke markers te onderzoeken, deze technologie zal naar verwachting worden gebruikt om de ernst van de ziekte te voorspellen.

Huidige detectieapparaten zijn niet gedigitaliseerd, en vereisen visuele bevestiging van kleurveranderingen met behulp van een etiketteringsmiddel. Het lezen van het brede scala aan markers is tijdrovend, en heeft de implementatie voor IoT-apparaten bemoeilijkt. Het onderzoeksteam ontwikkelt een microsensorchip die op ziekten controleert met behulp van een flexibel vervormbare nanoplaat die is gemaakt met behulp van halfgeleider-microbewerkingstechnologie. Eerst, een antilichaam dat de gerichte antigenen vangt, wordt op de nanosheet gefixeerd, en vervormingen tot een dunne film veroorzaakt door elektrische afstoting tussen de aangehechte antigenen worden gemeten. Om de gevoeligheid te verbeteren tot het punt waarop het membraan waaraan de antigenen hechten dun en zacht wordt, Er worden organische nanosheets gebruikt die twee keer zachter zijn dan halfgeleidersilicium. Verwacht wordt dat dit de sensorgevoeligheid zal verbeteren tot een grootte die tweemaal zo groot is als die van conventionele op silicium gebaseerde sensoren. In aanvulling, de ontwikkeling van signaaldetectietechnologie die een smartphonecamera gebruikt om nanosheetvervorming te detecteren, gaat door.

Met deze voeler die is ontworpen voor gevoelige veranderingen in de adhesie van biomoleculen, het antilichaam moet vooraf op de nanosheet worden gefixeerd om het antigeen te vangen, en problemen met betrekking tot filmdegradatie kunnen dit proces bemoeilijken. Het onderzoeksteam optimaliseerde de dichtheid voor antilichamen om te hechten aan een nanomembraan met instelbare dikte, het creëren van een biosensor die alleen antigenen detecteert met een specifiek hoge gevoeligheid. Bovendien, omdat het mogelijk is om in realtime vervorming van de nanoplaat te detecteren die wordt veroorzaakt door aangehechte moleculen, de technologie zal naar verwachting een snelle detectie van van ziekte afgeleide moleculen mogelijk maken. De in dit project ontwikkelde biosensor werd in een experiment gebruikt om albumine, een eiwit dat in het bloed zit. Het experiment detecteerde met succes één femtogram (15 attomol in molaire concentratie) antigeen in één milliliter. Met de minimale detectielimiet die bijna gelijk is aan die van grootschalige detectieapparaten die etiketteringsmiddelen gebruiken, dit apparaat zal naar verwachting ultragevoelige detectie op draagbare schaal mogelijk maken.

Vooruit gaan, het onderzoeksteam is van plan proeven uit te voeren met behulp van halfgeleidersensoren om markers voor ernstige symptomen van COVID-19-infectie te detecteren. Naast bloedonderzoek, Er worden chemische sensoren ontwikkeld om geur en chemische stoffen te detecteren. We geloven dat we kunnen bijdragen aan een op IoT gebaseerde samenleving door nieuwe, kleinschalige sensorapparaten een realiteit. Het sondemolecuul op het oppervlak van onze nanosheet vervangen, de technologie kan worden gebruikt om virussen te detecteren en tegelijkertijd een verscheidenheid aan biomarkers te detecteren. Door deze biosensoren gemeengoed te maken in de samenleving, we willen bijdragen aan telegeneeskunde, waardoor diagnoses van artsen vanuit huis kunnen worden gesteld.