Oestrogeen is een klein molecuul, maar het kan grote gevolgen hebben voor mensen en andere dieren. Oestrogeen is een van de belangrijkste hormonen die het vrouwelijke voortplantingssysteem reguleert - het kan worden gecontroleerd om de menselijke vruchtbaarheid te volgen en wordt soms toegediend aan vee zoals koeien en schapen om de voortplantingscyclus te beheersen.

Onderzoekers van de Victoria University of Wellington, in Nieuw-Zeeland hebben een nieuwe sensor ontwikkeld die lage niveaus van E2 kan detecteren een van de primaire oestrogeenhormonen, bij vloeistoffen. De sensor stuurt een elektronisch signaal is de aanwezigheid van oestrogeen en, met verdere ontwikkeling, oestrogeenniveaus in lichaamsvloeistoffen kunnen testen of waterwegen kunnen testen op oestrogeenverontreiniging die een risico kan vormen voor mens en milieu.

de voeler, die de onderzoekers beschrijven in een paper in de Journal of Vacuum Science and Technology B , heeft een eenvoudig ontwerp, geeft realtime metingen, zou kunnen worden geïntegreerd in een elektronisch bewakingssysteem en gebruikt zeer weinig stroom - voordelen die het heeft ten opzichte van andere soorten detectiemethoden.

De apparaten gebruiken kleine stukjes DNA, aptameren genaamd, om zich aan oestrogeenmoleculen te hechten.

"Aptamers zijn een potentieel krachtig hulpmiddel voor sensoren omdat ze zo veelzijdig en selectief zijn, " zei Natalie Plank, een onderzoeker die de fabricage van nanomaterialen bestudeert aan de Victoria University of Wellington.

Aptameren worden ontwikkeld via een proces dat vergelijkbaar is met natuurlijke selectie. Uit een diverse startpopulatie van verschillende DNA- of RNA-nucleotidesequenties, degenen die het beste binden aan het doelmolecuul zijn selectief verrijkt, en het proces wordt herhaald over meerdere "generaties".

De oestrogeenbindende aptameren die Plank en haar collega's gebruikten, werden voor het eerst ontwikkeld door Ken McNatty, een professor in reproductieve biologie aan de Victoria University of Wellington. Zodra de juiste sequentie van nucleotiden bekend is, de aptameren kunnen eenvoudig worden gegenereerd.

Plank en haar team bevestigden hun oestrogeenbindende aptameren aan het andere belangrijke onderdeel van hun apparaat:de koolstof nanobuis dunne film veldeffecttransistor (CNT FET). CNT FET's werken als traditionele transistors, maar gebruik koolstofnanobuisjes in plaats van silicium.

Nadat de onderzoekers de aptameren aan de koolstofnanobuisjes hadden bevestigd, ze hebben de apparaten getest in een buffer die speciaal is gekozen omdat deze vergelijkbare eigenschappen heeft als biologische vloeistoffen. Het team testte twee verschillende oestrogeenbindende aptameren:een die 35 eenheden lang was en een andere die 75 eenheden lang was. Ze ontdekten dat in aanwezigheid van oestrogeen het korte aptamer-apparaat een elektrisch signaal produceerde, terwijl het lange aptamer-apparaat dat niet deed.

De onderzoekers denken dat dit komt door de eigenschappen van de bufferoplossing die ze gebruikten. Wanneer de buffer bovenop de CNT FET wordt geplaatst, de spanning over het apparaat zorgt ervoor dat de moleculen in de buffer zich in een elektrisch stabiele dubbellaag boven de transistor rangschikken. Oestrogeenmoleculen die worden opgevangen door de korte aptamer verstoren deze laag, die op zijn beurt de stroom door het apparaat verandert. Oestrogeenmoleculen die door het langere aptameer worden opgevangen, worden waarschijnlijk boven de dubbellaag gehouden, en dus niet het elektrische signaal creëren.

Plank merkt op dat als er water in het apparaat werd gebruikt, in plaats van de biologisch vergelijkbare buffer, de lange aptameer zou ook een signaal kunnen produceren omdat de elektrisch gevoelige laag dikker zou zijn.

In de toekomst is de groep van plan om het apparaat te testen in een complexere opstelling, bijvoorbeeld met een echte biologische vloeistof zoals urine die veel opgeloste componenten heeft. En de onderzoekers mogen zich niet beperken tot oestrogeendetectie. Het mooie van de aptamer plus CNT FET-sensoren is dat de aptameren gemakkelijk kunnen worden vervangen door nieuwe die op een ander molecuul zijn gericht, zei Plank. "Het is een zeer veelzijdige manier om een ​​sensor te bouwen, " merkte ze op.