EPFL-wetenschappers hebben nieuwe biosensoren voor nanobuisjes ontwikkeld met behulp van synthetische biologie, die hun detectievermogen in complexe biovloeistoffen verbetert, zoals bloed en urine. De studie is gepubliceerd in de Journal of Physical Chemistry Letters .

Biosensoren zijn apparaten die biologische moleculen in de lucht kunnen detecteren, water, of bloed. Ze worden veel gebruikt bij de ontwikkeling van geneesmiddelen, medische diagnostiek, en biologisch onderzoek. De groeiende behoefte aan continue, real-time monitoring van biomarkers bij ziekten zoals diabetes stimuleert momenteel de inspanningen om efficiënte en draagbare biosensor-apparaten te ontwikkelen.

Enkele van de meest veelbelovende optische biosensoren die momenteel worden ontwikkeld, worden gemaakt met enkelwandige koolstofnanobuizen. De emissie van bijna-infraroodlicht van de koolstofnanobuisjes ligt binnen het optische transparantievenster van biologische materialen. Dit betekent water, bloed, en weefsel zoals huid absorberen het uitgestraalde licht niet, waardoor deze biosensoren ideaal zijn voor implanteerbare detectietoepassingen. Deze sensoren kunnen dus onder de huid worden geplaatst en het optische signaal kan toch worden gedetecteerd zonder dat elektrische contacten door het oppervlak moeten dringen.

Echter, de alomtegenwoordigheid van zouten in biovloeistoffen zorgt voor een alomtegenwoordige uitdaging bij het ontwerpen van implanteerbare apparaten. Van schommelingen in zoutconcentraties die van nature in het lichaam voorkomen, is aangetoond dat ze de gevoeligheid en selectiviteit beïnvloeden van optische sensoren op basis van enkelwandige koolstofnanobuisjes omwikkeld met enkelstrengs DNA.

Om een ​​aantal van deze uitdagingen het hoofd te bieden, een team van onderzoekers van het lab van Ardemis Boghossianat EPFL ontwikkelde stabiele optische nanobuissensoren met behulp van synthetische biologie. Het gebruik van synthetische biologie geeft verhoogde stabiliteit aan de optische biosensoren, waardoor ze meer geschikt zijn voor gebruik in biosensing-toepassingen in complexe vloeistoffen zoals bloed of urine en zelfs in het menselijk lichaam.

"Wat we deden was nanobuisjes inpakken met 'xeno'-nucleïnezuren (XNA), of synthetisch DNA dat de variatie in zoutconcentraties die ons lichaam van nature ondergaat, kan verdragen, om een ​​stabieler signaal af te geven, " zegt Ardemis Boghossian. Alice Gillen, de hoofdauteur van het artikel, leidde de inspanningen om te bestuderen hoe bepaalde zouten de optische emissie van de biosensoren beïnvloeden.

De studie omvat verschillende ionenconcentraties binnen de fysiologische bereiken die in gewone biovloeistoffen worden aangetroffen. Door zowel de intensiteit van het signaal van de nanobuisjes als de verschuiving van de golflengte van het signaal te monitoren, de onderzoekers konden verifiëren dat de biotechnologische sensoren een grotere stabiliteit vertoonden over een groter bereik van zoutconcentraties dan de DNA-sensoren die traditioneel in het veld werden gebruikt.

"Dit is echt de eerste keer dat een echte synthetische-biologische benadering wordt gebruikt op het gebied van nanobuisoptica, " zegt Boghossian. "We denken dat deze resultaten bemoedigend zijn voor de ontwikkeling van de volgende generatie optische biosensoren die veelbelovender zijn voor implanteerbare detectietoepassingen zoals continue monitoring."