Sommige veelbelovende biosensoren en medische apparaten werken goed in ongerepte laboratoriumomgevingen. Echter, ze hebben de neiging om te stoppen met werken om medische therapieën te leveren of om chronische gezondheidsproblemen te monitoren zodra ze zijn blootgesteld aan de echte omstandigheden van complexe biologische vloeistoffen.

Een dikke laag vervuiling zal snel biosensoren bedekken, en er is geen goede manier om ze nieuw leven in te blazen als ze eenmaal gestopt zijn met werken. Eigenlijk, een biosensor is zo goed als zijn aangroeiwerende eigenschappen.

In APL-materialen , Aleksandr Noy en Xi Chen, van het Lawrence Livermore National Laboratory, bekijk een verscheidenheid aan benaderingen die zijn ontwikkeld om vervuiling te bestrijden. Deze benaderingen omvatten fysieke barrières, chemische behandelingen, anti-aanbak oppervlakken, en selectieve membraanachtige coatings die "poorten" vormen om alleen bepaalde soorten het werkoppervlak van een sensor te laten bereiken.

"Er is een heel universum van zeer slimme en behoorlijk effectieve benaderingen om biosensoren te beschermen tegen vervuiling, "zei Noy. "Onderzoekers hebben de keuze uit de technologie die ze kunnen afstemmen op het specifieke type sensor dat ze willen ontwerpen."

Maar ondanks al deze vooruitgang, Noy en Chen wijzen erop dat vervuiling een hardnekkig probleem blijft dat een goede biosensor nog steeds kapot kan maken.

"Verdere ontwikkeling is nodig om ons arsenaal aan robuuste aangroeiwerende beschermingsmethoden te vergroten, ' zei Noi.

Vervuiling vindt plaats in een proces van vier fasen. Eerst, oppervlakken worden onmiddellijk bedekt met een klein laagje moleculen. Tweede, deze laag wordt bedekt met de hoofdlaag vervuiling. Derde, het vervuilde oppervlak begint met het groeien van biofilms. Vierde, de biofilm ontwikkelt zich tot macrofouling, die meestal binnen enkele dagen of weken optreedt.

Het doel is om de initiële hechting van moleculen te onderdrukken, omdat het ongelooflijk moeilijk is om biofilms te verwijderen als ze zich eenmaal hebben gevormd.

Een voorbeeld van aangroeiwerende bescherming, gebaseerd op Noy's eigen werk, is een pH-sensor met silicium nanodraadtransistoren die worden beschermd door een fosfolipidemembraan met koolstofnanobuisporiën ingebed in het membraan.

"Silicium nanodraden zijn elegant, klein, en efficiënte pH-sensoren die een eenvoudig elektrisch signaal leveren dat wordt gemoduleerd door de pH van de oplossing, "zei hij. "Helaas, elke keer dat ze in contact komen met een echt biologisch medium, vervuilen ze en houden ze op te functioneren."

Om dit te omzeilen, zijn aanpak omvat de sensoren met een lipidemembraan om een ​​zeer robuuste beschermende barrière tegen eiwitvervuiling te bieden.

"Om protonen door deze barrière te laten gaan, we hebben minuscule koolstofnanobuisporiën in het membraan ingebed, " zei Noy. "Deze poriën zijn toevallig het meest effectieve protongeleidende kanaal dat bekend is, dus ze bieden een ideale leiding voor het pendelen van protonen over de beschermende barrière."

Op deze manier beschermde sensoren zijn bestand tegen driedaagse blootstelling aan eiwitoplossingen, melk, en zelfs bloedplasma en toch de pH redelijk goed meten, " hij zei.