На основе графена биосенсоры могут вступить в эру жидкостная биопсия, определение онкомаркеров, ДНК, циркулирующих в крови или сыворотке крови. Но текущие проекты нужно много ДНК. В новом исследовании, комкая графена делает его более чем в десять тысяч раз более чувствительны к ДНК, создавая электрический «горячих точках», исследователи из Университета штата Иллинойс в Урбана-Шампейн обнаружили.
Смятый графен может быть использован в широком спектре приложений биосигналов для экспресс-диагностики, говорят исследователи. Они опубликовали свои результаты в журнале Nature.
«Этот датчик может обнаружить ультра-низких концентраций молекул, которые являются маркерами болезни, что является важным для ранней диагностики», — говорит руководитель исследования Рашид Башир, профессор биоинженерии и декан Грейнджер Инженерного колледжа в штате Иллинойс. «Она очень чувствительна, это низкая стоимость, легко использовать, и это использование графена в новый путь».
Хотя идея искать явные рак последовательностей нуклеиновых кислот, таких как ДНК или РНК и его двоюродный брат, не ново, это первый электронный датчик для обнаружения очень малых количествах, таких как могут быть найдены в сыворотке крови пациента, без дополнительной обработки.
«Когда у вас рак, определенной последовательности экспрессируется. Но скорее, чем последовательность чью-то ДНК, которое отнимает много времени и денег, мы можем обнаружить те специфические сегменты, рака биомаркеров в ДНК и РНК, которые выделяются из опухоли в кровь», — сказал Майкл Хван, первый автор исследования и научный сотрудник Холоньяк микро-и нанотехнологий лаборатории в Иллинойсе.
Графен — плоский лист толщиной в один атом углерода-это популярный, недорогой материал для электронных датчиков. Однако, нуклеиновые кислоты разработали датчики до сих пор требуют процесса, называемого амплификацией — изоляции ДНК или РНК фрагмент и скопировать его много раз в пробирке. Этот процесс является длительным и может привести к ошибкам. Поэтому группа Башира задались целью увеличить мощность зондирования графена до такой степени, что способна испытать образец без первого амплификации ДНК.
Многие другие подходы к повышению электронных свойств графена имеют тщательно проработанный наноразмерных структур. Нежели изготавливать специальные структуры, группы Иллинойс просто протянул тонкий лист из пластика, заложил графен поверх него, затем избавился от напряжения в пластике, вызывающие графена хруст и форма мятая поверхность.
Они проверили способность смятого графена в смысле ДНК и связанных с раком микроРНК в буферном растворе и в неразведенной сыворотке крови человека, и видел улучшение производительности в десятки тысяч раз более плоского графена.
«Это самая высокая чувствительность либо зарегистрированных для электрического обнаружения биомолекул. Прежде чем, мы нужны десятки тысяч молекул в образце, чтобы его обнаружить. С этим устройством мы можем обнаружить сигнал лишь несколько молекул», — сказал Хван. «Я ожидал увидеть некоторое улучшение в чувствительности, но не такой.»
Для определения причины этого повышения в мощности зондирования, механических и технических наук профессора Нараяна Aluru и его исследовательская группа использовала подробных компьютерных моделей для изучения электрических свойств смятый графен и ДНК физически взаимодействовали с поверхности датчика.
Они обнаружили, что кариес служил электрических очагов, действует как ловушка, чтобы привлекать и удерживать ДНК и молекулы РНК.
«При деформации графена и создания этих вогнутых областей, молекулы ДНК вписывается в изгибы и впадины на поверхности, так что больше молекулы взаимодействует с графеном, и мы можем его обнаружить», — сказал аспирант Мохаммад Heiranian, со-первый автор исследования. «Но когда у вас есть плоская поверхность, другие ионы в растворе, как поверхность больше, чем ДНК, поэтому ДНК не взаимодействует с графеном и мы не можем его обнаружить.»
Кроме того, скомкав графена создали напряжение в материале, которые изменили свои электрические свойства, вызывая запрещенной зоны — энергетический барьер, который должны преодолеть электроны течь через материал, что сделало его более чувствительным к электрических зарядов на ДНК и РНК молекул.
«Этот потенциал запрещенной зоны показывает, что мятый графен может быть использован для других приложений, таких как нано-цепей, диодов или гибкой электроники», — сказал Taqieddin Амир, аспирант и соавтор бумаги.
Хотя ДНК была использована в первой демонстрацией чувствительности смятый графен для биологических молекул, новый датчик может быть настроен на обнаружение самых разнообразных целевых биомаркеров. Группа Башира тестирует смятого графена в датчиках для белков и малых молекул, а также.
«В конечном итоге цель будет заключаться в том, чтобы построить картриджи для портативных устройств, которые будут обнаруживать молекулы-мишени в несколько капель крови, например, таким образом, что уровень сахара в крови контролируется», — сказал Башир. «Зрение для измерений быстро и в портативном формате».
сделать разницу: спонсорские возможности
Ответить
Хотите присоединиться к обсуждению?Не стесняйтесь вносить свой вклад!