Ziektedetectie in een vroeg stadium is een van de grootste uitdagingen die biochemici en materiaalwetenschappers proberen aan te gaan door hun expertise te combineren bij Missouri S&T. De onderzoekers gebruikten nanotechnologie in de biomedische diagnostiek - een proces dat nanodiagnostiek wordt genoemd - om een ​​nieuwe, ultragevoelige DNA-biosensor. De nieuwe sensor zou mogelijk op DNA gebaseerde biomarkers kunnen detecteren voor vroege diagnose van kanker en genetische aandoeningen, evenals het bewaken van de reacties van patiënten op therapieën.

Een basis elektrochemische biosensor bestaat uit een biologisch herkenningselement, een signaalomvormer en een processor. Deze biosensoren detecteren, informatie over biologische stoffen verzenden en vastleggen, zoals nucleïnezuren (DNA en RNA), eiwitten, antilichamen, antigenen, en andere biologische componenten, zoals glucose.

"Biosensing met nanomaterialen heeft de voordelen van een grotere gevoeligheid en snellere respons dan traditionele analytische methoden die moderne medische apparaten en tijdrovende moleculaire amplificatietechnieken vereisen, " zegt Dr. Risheng Wang, assistent-professor scheikunde bij Missouri S&T en hoofdonderzoeker van de studie.

De onderzoekers maakten de nieuwe biosensor van koolstofnanobuisjes en gouden nanodeeltjes, waardoor het een 3D-radiale vorm krijgt die lijkt op die van een zee-egel. Wang zegt dat de biosensor een opmerkelijke elektrochemische reactie opwekte.

"Omdat de combinatie van koolstofnanobuisjes en gouden nanodeeltjes een groter dan normaal produceerde, supergeleidend contactgebied, we ontdekten dat deze biosensor de ultralage nucleïnezuren in complexe biologische media kon detecteren, " zegt Dr. Wenyan Liu, assistent-onderzoeksprofessor scheikunde bij Missouri S&T. "Het was ook zeer selectief in het onderscheiden van enkel niet-overeenkomend DNA van volledig gematcht DNA. Dit type nanodiagnostisch systeem is een potentiële kandidaat voor medische metingen op het punt van zorg vanwege zijn uitstekende stabiliteit en mogelijkheid tot miniaturisatie."

De studie, "Labelvrije en ultragevoelige elektrochemische DNA-biosensor op basis van Urchin-achtige koolstof nanobuisjes-gouden nanodeeltjes nanoclusters, " werd vandaag gepubliceerd door ACS (American Chemical Society) Publications in de 7 april, 2020, logboek, Analytische scheikunde , en stond op de omslag van het nummer.

W&T-medewerkers zijn onder meer de corresponderende auteur Liu, en co-auteur Dr. Shou Han, een voormalig postdoctoraal fellow in de chemie die nu aan de Universiteit van Missouri-Kansas City werkt. Dr. Ming Zheng, onderzoekschemicus aan het National Institute of Standards and Technology in Gaithersburg, Maryland, was ook co-auteur van het onderzoek.

In de afgelopen twee jaar, Wang's door NSF gefinancierde biochemische onderzoek heeft zich ook gericht op de ontwikkeling van op DNA gebaseerde origami-nanostructuren voor het afleveren van kankerbestrijdende medicijnen en als sondes om microRNA te identificeren voor gebruik als moleculaire biomarkers voor vroege diagnose van kankers en andere ziekten. De NSF heeft haar werk gefinancierd voor de ontwikkeling van zelf-geassembleerde DNA-nanostructuren om een ​​nieuwe generatie moleculaire elektronische circuits te fabriceren voor de miniaturisering van computers en andere elektronische apparaten.