В настоящее время биосенсоры используются в здравоохранении для контроля уровня глюкозы в крови, тем не менее, они также могут помочь в обнаружении бактерий. Исследователи из Университета Осаки изобрели новый биосенсор с графеном, материалом, состоящим из слоя углерода толщиной в один атом, для обнаружения бактерий, которые атакуют слизистую оболочку желудка, что может вызвать рак. Когда бактерии взаимодействуют с биосенсором, запускаются химические реакции, которые обнаруживает графен. Чтобы обеспечить обнаружение продуктов химической реакции, исследователи использовали микрофлюидику для удержания бактерий в очень маленьких капельках вблизи поверхности сенсора.
Чтобы заставить бактерии прилипать, исследователи покрывали графен антителами, распространенным способом прикрепления бактерий к биосенсорным поверхностям. Хотя антитела кажутся маленькими (~ 10 нм) в атомном масштабе и по сравнению с тонким слоем графена, на самом деле они довольно большие. В то время как бактерии взаимодействуют с антителами, графен не может непосредственно обнаружить эти бактерии, поскольку антитела на его поверхности блокируют сигнал. Этот эффект блокировки сигнала называется экранированием Дебая.
Чтобы снять блокировку Дебая, исследователи решили отслеживать химические реакции бактерий в присутствии определенных химических веществ, которые они добавляли в крошечную капельку воды. Химические вещества, образующиеся в реакциях, намного меньше, чем антитела, и могут легко проскользнуть между ними и достичь поверхности графена. Анализируя бактерии только в крошечных капельках, генерируемых с помощью микрофлюидики, бактерии и продукты реакции можно держать близко к поверхности графена, а концентрацию продуктов реакции можно контролировать.
«Наш биосенсор обеспечивает высокочувствительное и количественное обнаружение бактерий, которые вызывают язву и рак желудка, ограничивая его реакцию в четко определенном микрообъеме», - говорит соавтор исследования Казухико Мацумото.
Чувствительная к графену поверхность способна передавать электрические сигналы, которые изменяются в зависимости от того, сколько продукта реакции присутствует в капле и как быстро он накапливается. Эти электрические сигналы могут быть использованы для расчета количества бактерий в капле. Графен установлен в структуре транзистора, роль которого состоит в том, чтобы резко увеличить электрические сигналы обнаружения с чувствительной поверхности графена.
«Наш биосенсор по сути представляет собой мини-лабораторию на графеновом транзисторе. Такие двумерные материалы, как графен, становятся ближе к применению в практической медицине и здравоохранении», - говорит первый автор Такао Оно.
Результаты исследования могут быть использованы для создания целого ряда биосенсоров для обнаружения различных бактерий. Обнаружение крошечных концентраций бактерий может быть достигнуто менее чем за 30 минут, следовательно, это дает возможность более быстрой диагностики потенциально опасных бактерий в будущем.
Источник: https://www.sciencedaily.com/releases/2019/06/190620100019.htm
Комментарии
Пока комментариев нет
Новый комментарий