(Phys.org) -- Onderzoekers hebben een ultragevoelige biosensor gemaakt die nieuwe mogelijkheden zou kunnen bieden voor vroege detectie van kanker en "gepersonaliseerde geneeskunde" die is afgestemd op de specifieke biochemie van individuele patiënten.

Het apparaat, die honderden keren gevoeliger kan zijn dan andere biosensoren, combineert de kenmerken van twee duidelijk verschillende soorten sensoren, zei Mohammed A. Alam, een Purdue University hoogleraar elektrische en computertechniek.

"Individueel, beide soorten biosensoren hebben een beperkte gevoeligheid, maar als je de twee combineert, krijg je iets dat beter is dan beide, " hij zei.

De bevindingen worden gedetailleerd beschreven in een paper die op maandag (14 mei) verschijnt in de Proceedings van de National Academy of Sciences . Het artikel is geschreven door Purdue-afgestudeerde student Ankit Jain, Alam en Pradeep R. Nair, een voormalige Purdue-doctoraatsstudent die nu faculteitslid is aan het Indian Institute of Technology, Bombay.

Het apparaat - een Flexure-FET-biosensor genoemd - combineert een mechanische sensor, die een biomolecuul identificeert op basis van zijn massa of grootte, met een elektrische sensor die moleculen identificeert op basis van hun elektrische lading. De nieuwe sensor detecteert zowel geladen als ongeladen biomoleculen, waardoor een breder scala aan toepassingen mogelijk is dan elk type sensor alleen.

De sensor heeft twee mogelijke toepassingen:gepersonaliseerde geneeskunde, waarin een inventarisatie van eiwitten en DNA wordt vastgelegd voor individuele patiënten om nauwkeurigere diagnostiek en behandelbeslissingen te kunnen nemen; en de vroege opsporing van kanker en andere ziekten.

In de vroege diagnostiek van kanker, de sensor maakt de detectie mogelijk van kleine hoeveelheden DNA-fragmenten en eiwitten die door kanker zijn vervormd lang voordat de ziekte zichtbaar wordt door middel van beeldvorming of andere methoden, zei Alam.

Het mechanische deel van de sensor is een trillende cantilever, een stukje silicium dat lijkt op een kleine duikplank. Onder de cantilever bevindt zich een transistor, dat is het elektrische deel van de sensor.

In andere mechanische biosensoren, een laser meet de trillingsfrequentie of doorbuiging van de cantilever, die verandert afhankelijk van welk type biomolecuul op de cantilever landt. In plaats van een laser te gebruiken, de nieuwe sensor gebruikt de transistor om de trilling of doorbuiging te meten.

De sensor maximaliseert de gevoeligheid door zowel de cantilever als de transistor in een "bias" te plaatsen. De cantilever is bevooroordeeld met behulp van een elektrisch veld om het naar beneden te trekken als met een onzichtbaar touwtje.

"Deze voorbuiging verhoogt de gevoeligheid aanzienlijk, ' zei Jaïn.

De transistor wordt bevooroordeeld door een spanning aan te leggen, het maximaliseren van zijn prestaties ook.

"Je kunt het apparaat gevoelig maken voor bijna elk molecuul, zolang je de sensor maar goed configureert, ' zei Alam.

Een belangrijke innovatie is de eliminatie van een component genaamd een "referentie-elektrode, " die vereist is voor conventionele elektrische biosensoren, maar niet kan worden geminiaturiseerd, praktische toepassingen beperken.

"Het elimineren van de noodzaak van een referentie-elektrode maakt miniaturisatie mogelijk en maakt het haalbaar voor goedkope, point-of-care toepassingen in dokterspraktijken, ' zei Alam.

Voor het concept is een Amerikaanse patentaanvraag ingediend.