Портативное электрохимическое устройство для обнаружения широкого спектра биомаркеров

Портативное электрохимическое устройство для обнаружения широкого спектра биомаркеров

31 Jan 2020
49
Прослушать

Американские ученые Института биологического инжиниринга Вайсса при Гарвардском университете разработали новую диагностическую платформу, получившую название eRapid, которая позволяет создавать недорогие портативные электрохимические устройства, способные одновременно обнаруживать широкий спектр биомаркеров с высокой чувствительностью и селективностью/ Устройству для этого достаточно одной капли крови.

Технология описана в статье, опубликованной в журнале Nature Nanotechnology.

При этом исследователи смогли решить проблему, которая мешала широкому применению электрохимических датчиков, основанных на связывании событий между антителами и их молекулярными мишенями. Эта проблема заключается в том, что такие электрохимические сенсоры быстро становятся жертвами накопления "засоряющих" веществ из биологических жидкостей на их проводящих поверхностях, которые в итоге деактивируют их.

Ученые разработали конструкцию сенсора, которая представляет собой простую, пористую, трехмерную матрицу, состоящую из бычьего сывороточного альбумина (БСА), связанного с глутаральдегидом и поддерживаемого сетью проводящих наноматериалов, таких как золотые нанопровода или углеродные нанотрубки. Малый размер пор матрицы БСА исключает белки, содержащиеся в крови и плазме, а слабый отрицательный заряд БСА препятствует сильной адгезии положительно заряженных биомолекул к сенсору.

Когда исследователи протестировали свои сенсоры с наноматериальным покрытием в сыворотке крови и плазме крови человека, датчики сохранили более 90% своей способности обнаруживать сигнал даже после хранения в течение месяца в этих биожидкостях. В свою очередь, другие сенсоры, покрытые лучшими существующими противообрастающими покрытиями, в таких же условиях потеряли значительную чувствительность сигнала в течение одного часа и были полностью инактивированы через один день.

При изготовлении сенсора ученые прикрепляли антитела к поверхности наноматериального покрытия электрода и преобразовывали событие связывания антител в химический сигнал, который осаждался на поверхности электрода, генерируя тем самым электрический сигнал. Величина электрического сигнала напрямую коррелирует с количеством молекул-мишеней, связанных с антителами, что позволяет измерять их концентрацию.

В прототипе устройства использовался сенсор с тремя отдельными электродами, каждый из которых содержал антитела против конкретной молекулы-мишени - интерлейкина 6 (IL6), инсулина и глюкагона. При испытании сенсора с соответствующими молекулами-мишенями в неразбавленной плазме человека, наблюдались отличные электрические сигналы.

Ученые отмечают, что такие сенсоры не только могут длительно работать и не страдают от "обрастания", но и могут быть промыты и многократно использованы с минимальными потерями сигнала, что существенно удешевляет устройство.

С тех пор команда ученые с помощью eRapid смогли обнаружить более десятка различных биомаркеров различных размеров, и они продолжают экспериментировать с проводящими наноматериалами, чтобы оптимизировать покрытие электродов и производительность системы, а также еще больше снизить стоимость.