Wetenschappers van de Tokyo Medical and Dental University (TMDU) introduceren een eenvoudige methode voor het vervaardigen van biosensoren gemaakt van elektrospun polymeren. Door enzymen in de polymeerstreng in te bedden, waren de enzymen zelfs in droge toestand operationeel. Deze biosensoren kunnen worden gebruikt om bepaalde ziekten te screenen, maar ook om omgevingen te controleren op specifieke chemische verbindingen in de lucht.

Enzymen zijn biologische katalysatoren die ervoor zorgen dat veel chemische reacties die essentieel zijn voor het leven veel sneller verlopen dan normaal. Een van de opmerkelijke eigenschappen van sommige enzymen is hun sterke specificiteit, waarbij de reactie zal werken met bepaalde doelmoleculen, maar zelfs niet met zeer vergelijkbare. Wetenschappers weten al heel lang dat deze eigenschappen kunnen worden gebruikt om zeer gevoelige en nauwkeurige biosensoren te maken voor specifieke stoffen, waaronder stoffen die verband houden met de ziekte. De meeste conventionele biosensoren vereisen echter dat het enzym in een natte toestand wordt gehouden, zodat ze niet gedenatureerd worden en hun vermogen om reacties te katalyseren verliezen.

Nu heeft een samenwerkend team van onderzoekers van TMDU en Waseda University onder leiding van professoren Kohji Mitsubayashi en Naoya Takeda een niet-invasieve biosensor gemaakt voor vluchtige organische stoffen in de vorm van een stevig gaas. Een oplossing van polyvinylalcohol werd eerst gecombineerd met het enzym alcoholdehydrogenase en het co-enzym nicotinamide-adenine. Het mengsel werd onder hoge spanning door een mondstuk geperst. Dunne polymeervezels verzamelden zich op de collectorplaat, met het enzym erin ingebed, totdat een stevig gaas werd verkregen. De aanwezigheid van ethanoldamp kon worden gedetecteerd op basis van een significante toename van de fluorescerende activiteit.

"We ontdekten dat het immobiliseren van de enzymen in het gaas hun activiteit behield, zelfs onder omgevingsomstandigheden", zegt auteur Misa Nakaya. De onderzoekers voerden tests uit om de optimale pH-omstandigheden te bepalen en evalueerden de relatie tussen de fluorescentie-intensiteit en de toegepaste hoeveelheid ethanol. Ze ontdekten ook dat de fluorescentie van de biosensor niet werd geactiveerd bij blootstelling aan andere vluchtige stoffen, zoals aceton of methanol, zodat de specificiteit behouden bleef.

"Onze biosensor in droge vorm voor het detecteren van chemicaliën in de lucht zal een veel betere kans hebben om wijdverbreide commerciële acceptatie te krijgen vanwege het gemak van fabricage", zegt auteur Kohji Mitsubayashi. Met de capaciteit om snel en goedkoop solide biosensoren te produceren, kunnen nieuwe point-of-care-diagnostiek en omgevingsbewakingssystemen voor gebruik in het veld mogelijk worden.

Het onderzoek is gepubliceerd in Biosensors and Bioelectronics . + Verder verkennen

Metabolieten van dichtbij detecteren