Een onderzoeksteam onder leiding van professor CheolGi Kim heeft een biosensorplatform ontwikkeld dat gebruikmaakt van magnetische patronen die lijken op een spinnenweb en dat 20 keer sneller kan worden gedetecteerd dan bestaande biosensoren.

Het detectievermogen van een biosensor wordt bepaald door de resolutie van de sensor en de beweging en reactiesnelheid van moleculen. Veel onderzoeksgroepen in Korea en andere landen hebben de resolutie verbeterd door middel van innovaties op het gebied van nanomaterialen, maar daar is het verbeteren van de gevoeligheid een uitdaging vanwege het lage diffusietransport van biomoleculen naar het detectiegebied.

Professor Kim en zijn onderzoeksteam gebruikten een magnetisch veld om de langzame beweging van biomoleculen zoals eiwitten te overwinnen en DNA is traag wanneer het transport afhankelijk is van diffusie. Biomoleculen gelabeld met superparamagnetische deeltjes kunnen worden gecontroleerd met behulp van een extern magnetisch veld en gedetecteerd met een ultragevoelige magnetische sensor. Het biosensorplatform van het onderzoeksteam maakt gebruik van een spinnenwebvormig micromagnetisch patroon dat het waarnemingsvermogen van de biosensor verbetert door biomoleculen met de superparamagnetische deeltjes naar het waarnemingsgebied te trekken.

De eerste auteur Byeonghwa Lim van DGIST's Ph.D-programma van Emerging Materials Science ging dieper in op het biosensorplatform:"Wanneer een roterend magnetisch veld wordt toegepast op een spinnenwebvormig magnetisch patroon, het kan biomoleculen gelabeld met superparamagnetische deeltjes sneller naar de sensor trekken. De snelheid is erg snel en het kan het onderwerp 20 keer sneller detecteren dan de diffusiemethode."

Het onderzoeksteam slaagde er ook in om de biomoleculen die zijn geconjugeerd aan de superparamagnetische deeltjes op een afstand van het detectiegebied te volgen door gebruik te maken van het biosensorplatform. In aanvulling, het team ontdekte dat de superparamagnetische deeltjes niet alleen de rol spelen van biomoleculaire vracht voor transport, maar fungeren ook als labels voor de sensor om de locatie van biomoleculen aan te geven.

Professor Kim zei:"De bestaande biosensoren hebben veel tijd nodig om biomoleculen met een lage dichtheid te detecteren, en hebben een slechte detectie-efficiëntie omdat ze alleen afhankelijk zijn van diffusie. Het op magnetische velden gebaseerde biosensorplatform verbetert het verzamelvermogen van biomoleculen en verhoogt de snelheid en gevoeligheid van de beweging van biomoleculen. Daarom, we zijn van plan dit platform te gebruiken voor zowel vroege diagnose als herhalingsdiagnose van ziekten zoals kanker. "