(PhysOrg.com) -- Een snelle, goedkope en zeer gevoelige test die ziektemarkers of andere moleculen in oplossingen met een lage concentratie identificeert, kan het resultaat zijn van een door Cornell ontwikkelde nanomechanische biosensor, die mogelijk kunnen helpen bij het opsporen van ziekten in een vroeg stadium.

De biosensor, gebaseerd op een fotonisch kristal nanodraadarray, is ontwikkeld door Yuerui Lu, een afgestudeerde student in het laboratorium van Amit Lal, hoogleraar elektrotechniek en computertechniek. Hun onderzoek werd op 6 december online gepubliceerd in het tijdschrift Natuur Communicatie.

De werking van de sensor werd bevestigd in samenwerking met Dan Luo, hoogleraar biologische en milieutechniek, en zijn afgestudeerde student Songming Peng.

Het experimentele apparaat is een mechanische resonator met een diameter van 50 micron, gemaakt van een dun silicium-siliciumdioxidemembraan met geordende, dicht opeengepakte verticale nanodraden bovenop. Het ontwerp bereikt een hoge oppervlakte-tot-volumeverhouding voor detectie van biomoleculen, wat betekent dat het moleculen kan detecteren bij zeer lage - tot femtomolaire - concentraties. De sensor kan nuttig zijn, bijvoorbeeld, voor het vinden van slechts een paar moleculen in een glas water.

De sensor werkt door enkelstrengige probe-DNA-moleculen op de nanodraden te bevestigen. Wanneer die moleculen in contact komen met een enkelstrengs doel-DNA, de relevante moleculen binden aan elkaar, het veranderen van de door het apparaat gedetecteerde massa. De massaverandering veroorzaakt een verandering in de resonantiefrequentie van het apparaat.

Er wordt een laserstraal op het apparaat geschenen, en het innovatieve ontwerp van de nanodraden zorgt voor meer dan 90 procent absorptie van het licht, resulterend in een efficiënte opto-thermo-mechanische bekrachtiging van de resonator. Een optische uitlezing van de resonantiefrequentieverandering kan op afstand worden bereikt, snel en vrij van elektrische draden, waardoor het apparaat gemakkelijk en goedkoop te maken is, aldus de onderzoekers.

Lal zei dat hij zich voorstelt dat artsen zo'n apparaat kunnen gebruiken in klinische analyse, bijvoorbeeld, bij DNA-onderzoek. Typisch tegenwoordig, DNA in afgenomen bloed wordt vergeleken met een standaardsequentie.

Het nieuwe apparaat zou in plaats daarvan kunnen worden gecodeerd met bepaalde relevante DNA-sequenties, en die specifieke moleculen kunnen in een vroeg stadium worden gedetecteerd wanneer de concentraties laag zijn.

"Je zou een cartridge kunnen hebben met een reeks membraansensoren, en je zou snel kunnen scannen om te zien welke DNA-imperfectie je zou kunnen hebben, " zei hij. "De tests van vandaag vergen tijd en zijn duur."

Dergelijke sensoren kunnen ook nuttig zijn voor milieutoepassingen, zoals monitoring van de waterkwaliteit. De onderzoekers hopen hun apparaat te verbeteren door het gevoelig te maken voor bepaalde eiwitmoleculen, die lastiger zijn omdat ze niet zo specifiek binden als DNA-moleculen.